Momenteel zijn er drie soorten PCB's met krachtige LED's voor warmteafvoer: gewone dubbelzijdige koperen printplaten (FR4), gevoelige koperen printplaten op basis van aluminiumlegering (MCPCB) en flexibele film-PCB's met lijm op een aluminiumlegeringsplaat.
Het warmteafvoereffect hangt af van de koperlaag, de dikte van de metaallaag en de thermische geleidbaarheid van het isolatiemateriaal. MCPCB's met een koperlaag van 35 µm en een aluminiumlegering van 1,5 mm worden over het algemeen gebruikt. Flexibele printplaten (PCB's) worden gelijmd op een aluminiumlegering. MCPCB's met een hoge thermische geleidbaarheid hebben uiteraard de beste thermische prestaties, maar de prijs stijgt ook.
Hier zijn enkele gegevens afkomstig uit het voorbeeld van de MEASURING TC van NICHIA Company als rekenvoorbeelden. De condities zijn als volgt: LED: 3W witte LED, model MCCW022, RJC = 16 ℃/W. Meetkop van thermokoppelthermometer type K gelast aan koellichaam.
PCB-testplaat: dubbellaags kopergecoate plaat (40×40 mm), t=1,6 mm, koperlaagoppervlak van het lasoppervlak 1180 mm2, koperlaagoppervlak van 1600 mm aan de achterkant2.
LED-werkstatus: IF-500mA, VF=3,97V
TC = 71 °C werd gemeten met een thermokoppelthermometer type K. De omgevingstemperatuur TA = 25 °C.
1. TJ wordt berekend
TJ = RJC x PD + TC = RJC (ALS x VF) + TC
TJ=16℃/W (500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2.RBA wordt berekend
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA wordt berekend
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Als de ontworpen TJmax -90 °C is, kan de TJ die volgens de bovenstaande voorwaarden is berekend, niet aan de ontwerpeisen voldoen. Het is dan noodzakelijk om de PCB met betere warmteafvoer te vervangen of het warmteafvoeroppervlak te vergroten, en de test en berekening opnieuw uit te voeren totdat TJ ≤ TJmax is.
Een andere methode is dat wanneer de UC-waarde van de LED te groot is, VF=3,65V wanneer RJC=9℃/WIF=500mA wordt vervangen, en de andere omstandigheden ongewijzigd blijven, T) kan worden berekend als:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Er zit een fout in de berekening van de bovenstaande 71 °C. Er moet een nieuwe 9 °C/W LED worden gelast om de TC opnieuw te testen (de gemeten waarde is iets lager dan 71 °C). Dit maakt niet echt uit. Na gebruik van een 9 °C/W LED is het niet nodig om het materiaal en de oppervlakte van de printplaat te wijzigen, wat voldoet aan de ontwerpvereisten.
Koellichaam aan de achterkant van de printplaat
Als de berekende TJmax veel groter is dan de ontwerpvereisten en de structuur geen extra ruimte toelaat, overweeg dan om de printplaat terug te plakken op het U-vormige aluminium profiel (of aluminium plaatpersing), of om de printplaat te plakken op de koelplaat. Deze twee methoden worden vaak gebruikt bij het ontwerp van meerdere krachtige ledlampen. In het bovenstaande rekenvoorbeeld wordt bijvoorbeeld een koelplaat van 10 °C/W op de achterkant van de printplaat geplakt met TJ = 103 °C, waarna de TJ daalt tot ongeveer 80 °C.
Hierbij moet worden opgemerkt dat de bovenstaande TC wordt gemeten bij kamertemperatuur (doorgaans 15 tot 30 °C). Als de omgevingstemperatuur van de LED-lamp TA hoger is dan kamertemperatuur, is de werkelijke TJ hoger dan de berekende TJ gemeten bij kamertemperatuur. Hiermee moet dus rekening worden gehouden bij het ontwerp. Als de test wordt uitgevoerd in de thermostaat, is het het beste om de temperatuur tijdens gebruik aan te passen aan de hoogste omgevingstemperatuur.
Bovendien zijn de warmteafvoeromstandigheden verschillend, of de PCB nu horizontaal of verticaal wordt geïnstalleerd, wat een zekere invloed heeft op de TC-meting. Het materiaal van de behuizing, de grootte en de warmteafvoeropening van de lamp hebben ook invloed op de warmteafvoer. Daarom is enige speling in het ontwerp vereist.
Plaatsingstijd: 23-03-2022
