현재 고전력 LED의 방열에 적용되는 PCB는 일반 양면 구리 도금 기판(FR4), 알루미늄 합금 기반 감응 구리 기판(MCPCB), 알루미늄 합금 기판에 접착제를 바른 유연 필름 PCB 등 3가지 종류가 있습니다.
방열 효과는 구리층, 금속층 두께, 그리고 절연 매체의 열전도도와 관련이 있습니다. 일반적으로 35um 두께의 구리층과 1.5mm 두께의 알루미늄 합금으로 제작된 MCPCB가 사용됩니다. 연성 PCB는 알루미늄 합금판에 접착됩니다. 물론 열전도도가 높은 MCPCB가 최고의 열 성능을 제공하지만, 가격 또한 상승하고 있습니다.
여기서는 NICHIA 사의 MEASURING TC 사례에서 일부 데이터를 가져와 계산을 수행했습니다. 조건은 다음과 같습니다. LED: 3W 백색 LED, 모델명 MCCW022, RJC=16℃/W. K형 열전대 포인트 온도계 측정 헤드는 방열판에 용접되었습니다.
PCB 테스트 보드 : 이중층 구리 코팅 보드(40×40mm), t=1.6mm, 용접 표면 구리층 면적 1180mm2, 뒷면 구리층 면적 1600mm2.
LED 작동 상태: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃는 K형 열전대 온도계로 측정했습니다. 주변 온도 TA=25℃
1. TJ를 계산합니다
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2. RBA는 계산됩니다
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1.99W
=23.1℃/W
3. RJA를 계산합니다
RJA=RJC+RBA
=16℃/서기+23.1℃서기
=39.1℃서경
설계된 TJmax가 -90℃인 경우, 위 조건에 따라 계산된 TJ는 설계 요건을 충족할 수 없습니다. 방열 성능이 더 좋은 PCB로 교체하거나 방열 면적을 늘려야 하며, TJ≤TJmax가 될 때까지 테스트 및 계산을 반복해야 합니다.
또 다른 방법은 LED의 UC 값이 너무 큰 경우, RJC=9℃/WIF=500mA로 교체했을 때 VF=3.65V로 다른 조건은 변경되지 않은 상태에서 T)를 다음과 같이 계산할 수 있다.
TJ = 9℃ / W + 71℃ (500ma * 3.65V) = 87.4℃
위의 71℃ 계산에는 약간의 오류가 있습니다. 새로운 9℃/W LED를 용접하여 TC를 재시험해야 합니다(측정값은 71℃보다 약간 작습니다). 이는 큰 문제가 되지 않습니다. 9℃/W LED를 사용한 후에는 PCB 재질과 면적을 변경할 필요가 없으므로 설계 요건을 충족합니다.
PCB 뒷면의 방열판
계산된 TJmax가 설계 요구 사항보다 훨씬 크고 구조상 추가 면적을 확보할 수 없는 경우, PCB를 "U"자형 알루미늄 프로파일(또는 알루미늄 판 스탬핑)에 다시 부착하거나 방열판에 부착하는 것을 고려해 보십시오. 이 두 가지 방법은 여러 개의 고출력 LED 램프 설계에 일반적으로 사용됩니다. 예를 들어, 위 계산 예시에서 10℃/W 방열판을 TJ=103℃인 PCB 뒷면에 부착하면 TJ가 약 80℃로 떨어집니다.
여기서 주의할 점은 위의 TC가 실온(일반적으로 15~30℃)에서 측정되었다는 것입니다. LED 램프 TA의 주변 온도가 실온보다 높으면 실제 TJ는 실온에서 측정된 계산된 TJ보다 높으므로 설계 시 이 요소를 고려해야 합니다. 온도 조절 장치에서 시험을 수행하는 경우, 사용 시 가장 높은 주변 온도로 온도를 조정하는 것이 가장 좋습니다.
또한 PCB가 수평 또는 수직으로 설치되는지 여부에 따라 방열 조건이 다르므로 TC 측정에 어느 정도 영향을 미칩니다. 램프의 쉘 재질, 크기 및 방열 구멍 또한 방열에 영향을 미칩니다. 따라서 설계에 어느 정도 여유를 두어야 합니다.
게시 시간: 2022년 3월 23일
