Trenutno postoje tri vrste PCB-a koji se koriste s LED diodama velike snage za odvođenje topline: obična dvostrano bakreno obložena ploča (FR4), osjetljiva bakrena ploča na bazi aluminijske legure (MCPCB) i PCB s fleksibilnim filmom s ljepilom na ploči od aluminijske legure.
Učinak odvođenja topline povezan je sa slojem bakra i debljinom metalnog sloja te toplinskom vodljivošću izolacijskog medija. Općenito se koristi MCPCB s 35µm slojem bakra i 1,5mm aluminijskom legurom. Fleksibilna PCB ploča lijepi se na ploču od aluminijske legure. Naravno, MCPCBS s visokom toplinskom vodljivošću ima najbolje toplinske performanse, ali cijena također raste.
Ovdje su neki podaci uzeti iz primjera MJERNOG TC-a tvrtke NICHIA kao primjeri izračuna. Uvjeti su sljedeći: LED: 3W bijela LED, model MCCW022, RJC=16℃/W. Mjerna glava termometra tipa K s termoelementom zavarena je na hladnjak.
PCB ispitna ploča: dvoslojna ploča s bakrenim premazom (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, površina bakrenog sloja na površini zavarivanja 1180 mm2, površina bakrenog sloja na poleđini 1600 mm2.
Radno stanje LED diode: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ izmjereno je termometrom s termoelementom tipa K. Temperatura okoline TA=25℃
1. TJ se izračunava
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2. Izračunava se RBA
RBA=(TC-TA)/PD
= (71 ℃ - 25 ℃) / 1,99 W
=23,1 ℃/W
3. Izračunava se RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1 ℃ Z
Ako je projektirani TJmax -90℃, TJ izračunat prema gore navedenim uvjetima ne može zadovoljiti projektne zahtjeve. Potrebno je zamijeniti PCB s boljim odvođenjem topline ili povećati njegovu površinu odvođenja topline te ponovno testirati i izračunati dok TJ≤TJmax.
Druga metoda je da kada je UC vrijednost LED-a prevelika, VF=3,65 V kada se zamijeni RJC=9℃/WIF=500mA, ostali uvjeti ostaju nepromijenjeni, T) se može izračunati kao:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Postoji određena pogreška u izračunu od 71 ℃, nova LED dioda od 9 ℃ W treba se zavariti kako bi se ponovno testirao TC (izmjerena vrijednost je nešto manja od 71 ℃). To zapravo nije važno. Nakon korištenja LED diode od 9 ℃/W, nije potrebno mijenjati materijal i površinu PCB-a, što zadovoljava zahtjeve dizajna.
Hladnjak na stražnjoj strani PCB-a
Ako je izračunati TJmax puno veći od projektnog zahtjeva, a struktura ne dopušta dodatnu površinu, razmislite o lijepljenju PCB-a natrag na aluminijski profil u obliku slova "U" (ili utiskivanjem aluminijske ploče) ili lijepljenju na hladnjak. Ove dvije metode se obično koriste u dizajnu više LED žarulja velike snage. Na primjer, u gornjem primjeru izračuna, hladnjak od 10 ℃/W zalijepljen je na stražnju stranu PCB-a s TJ=103 ℃, a njegov TJ pada na oko 80 ℃.
Ovdje treba napomenuti da se gore navedeni TC mjeri na sobnoj temperaturi (obično 15~30 ℃). Ako je temperatura okoline LED žarulje TA veća od sobne temperature, stvarni TJ je veći od izračunatog TJ izmjerenog na sobnoj temperaturi, stoga se taj faktor treba uzeti u obzir prilikom projektiranja. Ako se ispitivanje provodi u termostatu, najbolje je prilagoditi temperaturu na najvišu temperaturu okoline tijekom upotrebe.
Osim toga, bez obzira je li PCB postavljen vodoravno ili okomito, uvjeti odvođenja topline su različiti, što ima određeni utjecaj na mjerenje TC-a. Materijal kućišta, veličina i otvor za odvođenje topline žarulje također utječu na odvođenje topline. Stoga bi u dizajnu trebao postojati određeni prostor za manevar.
Vrijeme objave: 23. ožujka 2022.
