Actuellement, il existe trois types de PCB appliqués avec des LED haute puissance pour la dissipation de la chaleur : la carte ordinaire à revêtement de cuivre double face (FR4), la carte de cuivre sensible à base d'alliage d'aluminium (MCPCB), la carte PCB à film flexible avec adhésif sur une carte en alliage d'aluminium.
L'effet de dissipation thermique dépend de la couche de cuivre, de l'épaisseur de la couche métallique et de la conductivité thermique du milieu isolant. On utilise généralement des MCPCB avec une couche de cuivre de 35 µm et un alliage d'aluminium de 1,5 mm. Les circuits imprimés flexibles sont collés sur une plaque d'alliage d'aluminium. Bien sûr, les MCPCBS à haute conductivité thermique offrent les meilleures performances thermiques, mais leur prix est en hausse.
Voici quelques données de calcul tirées de l'exemple de MEASURING TC de la société NICHIA. Les conditions sont les suivantes : LED : LED blanche de 3 W, modèle MCCW022, RJC = 16 °C/W. Tête de mesure à thermocouple de type K soudée au dissipateur thermique.
Carte de test PCB : carte revêtue de cuivre à double couche (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, surface de la couche de cuivre de la surface de soudage 1 180 mm2, surface de la couche de cuivre du dos 1600 mm2.
État de fonctionnement de la LED : IF-500 mA, VF = 3,97 V
La température ambiante (TC) a été mesurée à 71 °C avec un thermomètre à pointe thermocouple de type K. La température ambiante (TA) a été mesurée à 25 °C.
1. TJ est calculé
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ = 16 ℃/W (500 mA × 3,97 V)
+71℃=103℃
2.RBA est calculé
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA est calculé
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Si la température de fusion maximale (TJmax) prévue est de -90 °C, la TJ calculée selon les conditions ci-dessus ne peut pas répondre aux exigences de conception. Il est nécessaire de remplacer le circuit imprimé par un meilleur dissipateur thermique ou d'augmenter sa surface de dissipation thermique, puis de tester et de calculer à nouveau jusqu'à ce que TJ ≤ TJmax.
Une autre méthode est que lorsque la valeur UC de la LED est trop grande, VF = 3,65 V lorsque RJC = 9 ℃ / WIF = 500 mA est remplacé, les autres conditions restent inchangées, T) peut être calculé comme :
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Il y a une erreur dans le calcul de 71 °C ci-dessus. Une nouvelle LED de 9 °C W doit être soudée pour retester la température de fonctionnement (la valeur mesurée est légèrement inférieure à 71 °C). Cela n'a pas vraiment d'importance. Après avoir utilisé une LED de 9 °C/W, il n'est pas nécessaire de modifier le matériau et la surface du circuit imprimé, ce qui répond aux exigences de conception.
Dissipateur thermique à l'arrière du PCB
Si la TJmax calculée est bien supérieure aux exigences de conception et que la structure ne permet pas de surface supplémentaire, envisagez de coller le circuit imprimé sur le profilé en aluminium en « U » (ou sur une plaque d'aluminium emboutie) ou sur le dissipateur thermique. Ces deux méthodes sont couramment utilisées pour la conception de plusieurs lampes LED haute puissance. Par exemple, dans l'exemple de calcul ci-dessus, un dissipateur thermique de 10 °C/W est collé au dos du circuit imprimé avec une TJ de 103 °C, et sa TJ chute à environ 80 °C.
Il convient de noter que le TC ci-dessus est mesuré à température ambiante (généralement entre 15 et 30 °C). Si la température ambiante TA de la lampe LED est supérieure à la température ambiante, le TJ réel est supérieur au TJ calculé à température ambiante ; ce facteur doit donc être pris en compte lors de la conception. Si le test est effectué dans le thermostat, il est préférable de régler la température à la température ambiante la plus élevée lors de l'utilisation.
De plus, selon que le circuit imprimé est installé horizontalement ou verticalement, ses conditions de dissipation thermique varient, ce qui a un impact sur la mesure de la température ambiante. Le matériau de la coque, la taille et l'orifice de dissipation thermique de la lampe ont également un impact sur la dissipation thermique. Par conséquent, une certaine marge de manœuvre est nécessaire lors de la conception.
Date de publication : 23 mars 2022
