Na actualidade, existen tres tipos de placas de circuíto impreso (PCB) con LED de alta potencia para a disipación da calor: placas ordinarias con revestimento de cobre de dobre cara (FR4), placas de cobre sensibles baseadas en aliaxe de aluminio (MCPCB) e placas de circuíto impreso de película flexible con adhesivo sobre placas de aliaxe de aluminio.
O efecto de disipación da calor está relacionado coa capa de cobre, o grosor da capa metálica e a condutividade térmica do medio illante. Xeralmente úsase unha placa de circuíto illante con MCPCB cunha capa de cobre de 35 µm e unha aliaxe de aluminio de 1,5 mm. A placa de circuíto impreso flexible pégase a unha placa de aliaxe de aluminio. Por suposto, as placas de circuíto illante con alta condutividade térmica teñen o mellor rendemento térmico, pero o prezo tamén está a subir.
Aquí, algúns datos tomáronse do exemplo de MEDICIÓN DE TC da empresa NICHIA como exemplos de cálculo. As condicións son as seguintes: LED: LED branco de 3 W, modelo MCCW022, RJC = 16 ℃/W. Cabezal de medición do termómetro de punto de termopar tipo K soldado ao disipador de calor.
Placa de proba PCB: placa revestida de cobre de dobre capa (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, área da capa de cobre da superficie de soldadura 1180 mm2, área da capa de cobre na parte traseira 1600 mm2.
Estado de funcionamento do LED: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71℃ mediuse cun termómetro de punto termopar tipo K. A temperatura ambiente TA=25℃
1. Calcúlase TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W (500mA×3,97V)
+71 ℃ = 103 ℃
2. Calcúlase o RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1 ℃/W
3. Calcúlase a RJA
RJA=RJC+RBA
=16 ℃/O + 23,1 ℃ O
=39,1 ℃ O
Se a TJmax deseñada é de -90 ℃, a TJ calculada segundo as condicións anteriores non pode cumprir os requisitos de deseño. É necesario cambiar a placa de circuíto impreso con mellor disipación da calor ou aumentar a súa área de disipación da calor, e probar e calcular de novo ata que TJ≤TJmax.
Outro método é que cando o valor UC do LED é demasiado grande, VF = 3,65 V cando se substitúe RJC = 9 ℃/WIF = 500 mA, as outras condicións permanecen sen cambios, T) pódese calcular como:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Hai algún erro no cálculo dos 71 ℃ anteriores, os novos LED de 9 ℃ W deben soldarse para volver probar a temperatura de transición (o valor medido é lixeiramente menor que 71 ℃). Realmente non importa. Despois de usar LED de 9 ℃/W, non é necesario cambiar o material nin a área da PCB, o que cumpre cos requisitos de deseño.
Disipador de calor na parte traseira da placa de circuíto impreso
Se o TJmax calculado é moito maior que o requisito de deseño e a estrutura non permite unha área adicional, considere pegar a placa de circuíto impreso de novo ao perfil de aluminio en forma de "U" (ou estampado en placa de aluminio) ou pegar ao disipador de calor. Estes dous métodos úsanse habitualmente no deseño de varias lámpadas LED de alta potencia. Por exemplo, no exemplo de cálculo anterior, pégase un disipador de calor de 10 ℃/W na parte traseira da placa de circuíto impreso cun TJ = 103 ℃ e o seu TJ cae a uns 80 ℃.
Cómpre sinalar aquí que a TC anterior mídese a temperatura ambiente (xeralmente 15~30 ℃). Se a temperatura ambiente da lámpada LED TA é maior que a temperatura ambiente, o TJ real é maior que o TJ calculado medido a temperatura ambiente, polo que este factor debe terse en conta no deseño. Se a proba se realiza no termostato, é mellor axustar a temperatura á temperatura ambiente máis alta cando estea en uso.
Ademais, tanto se a placa de circuíto impreso (PCB) se instala horizontal ou verticalmente, as súas condicións de disipación de calor son diferentes, o que ten un certo impacto na medición da temperatura de transición. O material da carcasa, o tamaño e o orificio de disipación de calor da lámpada tamén inflúen na disipación de calor. Polo tanto, debería haber certa marxe de manobra no deseño.
Data de publicación: 23 de marzo de 2022
