For tiden finnes det tre typer PCB-er som brukes med høyeffekts-LED for varmeavledning: vanlige dobbeltsidige kobberbelagte kretskort (FR4), følsomme kobberkretskort basert på aluminiumslegering (MCPCB), fleksibel film-PCB med lim på aluminiumslegeringskretskort.
Varmeavledningseffekten er relatert til kobberlaget og tykkelsen på metalllaget og den termiske ledningsevnen til isolasjonsmediet. MCPCB med 35 µm kobberlag og 1,5 mm aluminiumslegering brukes vanligvis. Fleksibelt PCB limes til aluminiumslegeringsplate. MCPCBS med høy termisk ledningsevne har selvfølgelig den beste termiske ytelsen, men prisen stiger også.
Her er noen data hentet fra eksemplet med MÅLING AV TC fra NICHIA Company som beregningseksempler. Betingelsene er som følger: LED: 3 W hvit LED, modell MCCW022, RJC = 16 ℃/W. Termoelementpunkttermometer type K, målehode sveiset til kjøleribben.
PCB-testkort: dobbeltlags kobberbelagt kort (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, kobberlagsareal på sveiseflaten 1180 mm2, kobberlagsareal på baksiden 1600 mm2.
LED-arbeidsstatus: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ ble målt med et termoelementpunkttermometer av type K. Omgivelsestemperaturen TA=25℃
1. TJ beregnes
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W (500mA × 3,97V)
+71℃=103℃
2. RBA beregnes
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃–25℃)/1,99W
=23,1 ℃/W
3. RJA beregnes
RJA=RJC+RBA
=16℃/V+23,1℃V
=39,1 ℃V
Hvis den designede TJmax er -90 ℃, kan ikke TJ beregnet i henhold til betingelsene ovenfor oppfylle designkravene. Det er nødvendig å bytte ut kretskortet med bedre varmespredning eller øke varmespredningsområdet, og teste og beregne på nytt inntil TJ≤TJmax.
En annen metode er at når UC-verdien til LED-en er for stor, VF = 3,65 V når RJC = 9 ℃ / WIF = 500 mA byttes ut, forblir andre forhold uendret, T) kan beregnes som:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Det er en viss feil i beregningen av 71 ℃ ovenfor. Nye 9 ℃ W LED-er bør sveises for å teste TC på nytt (måleverdien er litt mindre enn 71 ℃). Det spiller egentlig ingen rolle. Etter bruk av 9 ℃/W LED-er trenger man ikke å endre PCB-materialet og -arealet, da de oppfyller designkravene.
Kjøleribbe på baksiden av PCB-en
Hvis den beregnede TJmax er mye større enn designkravet, og strukturen ikke tillater ekstra areal, bør du vurdere å feste kretskortet tilbake til den U-formede aluminiumsprofilen (eller stemple aluminiumsplate), eller feste det til kjøleribben. Disse to metodene brukes ofte i design av flere høyeffekts LED-lamper. For eksempel, i beregningseksemplet ovenfor, limes en 10 ℃/W kjøleribbe på baksiden av kretskortet med TJ = 103 ℃, og TJ-en synker til omtrent 80 ℃.
Det skal bemerkes at ovennevnte TC måles ved romtemperatur (vanligvis 15~30 ℃). Hvis omgivelsestemperaturen til LED-lampen TA er høyere enn romtemperaturen, er den faktiske TJ høyere enn den beregnede TJ målt ved romtemperatur, så denne faktoren bør tas i betraktning i designet. Hvis testen utføres i termostaten, er det best å justere temperaturen til den høyeste omgivelsestemperaturen under bruk.
I tillegg, enten PCB-en er installert horisontalt eller vertikalt, er varmespredningsbetingelsene forskjellige, noe som har en viss innvirkning på TC-målingen. Skallmaterialet, størrelsen og varmespredningshullet på lampen har også innvirkning på varmespredningen. Derfor bør det være et visst spillerom i designet.
Publisert: 23. mars 2022
