Tällä hetkellä on olemassa kolmenlaisia piirilevyjä, joissa käytetään lämmönpoistoon tehokkaita LEDejä: tavallinen kaksipuolinen kuparipinnoitettu levy (FR4), alumiiniseospohjainen herkkä kuparilevy (MCPCB) ja joustava kalvopiirilevy, jossa on liima alumiiniseoslevyllä.
Lämmönpoistovaikutus liittyy kuparikerroksen paksuuteen ja metallikerroksen paksuuteen sekä eristävän väliaineen lämmönjohtavuuteen. Yleensä käytetään MCPCB:tä, jossa on 35 μm:n kuparikerros ja 1,5 mm:n alumiiniseos. Joustava piirilevy liimataan alumiiniseoslevyyn. Tietenkin korkean lämmönjohtavuuden omaavilla MCPCBS:illä on parhaat lämpöominaisuudet, mutta myös hinta nousee.
Tässä on laskelmaesimerkkeinä otettu joitakin tietoja NICHIA Companyn MEASURING TC:n esimerkistä. Olosuhteet ovat seuraavat: LED: 3 W valkoinen LED, malli MCCW022, RJC = 16 ℃/W. K-tyypin termoelementtipistelämpömittarin mittauspää on hitsattu jäähdytysripaan.
Piirilevyn testilevy: kaksikerroksinen kuparipinnoitettu levy (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, hitsauspinnan kuparikerroksen pinta-ala 1180 mm22, kuparikerroksen pinta-ala takaosassa 1600 mm2.
LED-toimintatila: IF-500mA, VF = 3.97V
TC = 71 ℃ mitattiin K-tyypin termoelementtipistelämpömittarilla. Ympäristön lämpötila TA = 25 ℃
1. TJ lasketaan
TJ=RJC x PD+TC=RJC (JOS x VF)+TC
TJ = 16 ℃/W (500 mA × 3,97 V)
+71 ℃ = 103 ℃
2. RBA lasketaan
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1 ℃/W
3. RJA lasketaan
RJA=RJC+RBA
=16 ℃/W+23,1 ℃W
=39,1 ℃W
Jos suunniteltu TJmax on -90 ℃, edellä mainittujen ehtojen mukaisesti laskettu TJ ei voi täyttää suunnitteluvaatimuksia. On tarpeen vaihtaa piirilevy paremman lämmönpoistokyvyn saavuttamiseksi tai lisätä sen lämmönpoistopinta-alaa ja testata ja laskea uudelleen, kunnes TJ ≤ TJmax.
Toinen menetelmä on, että kun LEDin UC-arvo on liian suuri, VF = 3,65 V, kun RJC = 9 ℃ / WIF = 500 mA korvataan, muut olosuhteet pysyvät muuttumattomina. T) voidaan laskea seuraavasti:
TJ = 9 ℃ / L + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Yllä olevassa 71 ℃:n laskennassa on pieni virhe, joten uusi 9 ℃ W:n LED tulisi hitsata uudelleen TC:n testaamiseksi (mitattu arvo on hieman pienempi kuin 71 ℃). Sillä ei oikeastaan ole väliä. 9 ℃/W:n LEDin käytön jälkeen piirilevyn materiaalia ja pinta-alaa ei tarvitse muuttaa, mikä täyttää suunnitteluvaatimukset.
Jäähdytyselementti piirilevyn takana
Jos laskettu TJmax on paljon suurempi kuin suunnitteluvaatimus, eikä rakenne salli lisätilaa, harkitse piirilevyn kiinnittämistä takaisin U-muotoiseen alumiiniprofiiliin (tai alumiinilevyleimaukseen) tai jäähdytyselementtiin. Näitä kahta menetelmää käytetään yleisesti useiden suuritehoisten LED-lamppujen suunnittelussa. Esimerkiksi yllä olevassa laskentaesimerkissä 10 ℃/W jäähdytyselementti liimataan piirilevyn taakse TJ = 103 ℃:n lämpötilassa, ja sen TJ laskee noin 80 ℃:een.
On huomattava, että yllä oleva TC mitataan huoneenlämmössä (yleensä 15–30 ℃). Jos LED-lampun ympäristön lämpötila TA on korkeampi kuin huoneenlämpötila, todellinen TJ on korkeampi kuin laskettu TJ huoneenlämmössä mitattuna, joten tämä tekijä on otettava huomioon suunnittelussa. Jos testi suoritetaan termostaatissa, on parasta säätää lämpötila käytön aikana korkeimpaan ympäristön lämpötilaan.
Lisäksi piirilevyn lämmönhukkaolosuhteet vaihtelevat riippumatta siitä, asennetaanko se vaakasuoraan vai pystysuoraan, mikä vaikuttaa tiettyyn TC-mittaukseen. Myös lampun kuoren materiaali, koko ja lämmönhukkareikä vaikuttavat lämmönhukkaan. Siksi suunnittelussa tulisi olla jonkin verran liikkumavaraa.
Julkaisun aika: 23.3.2022
