Obecnie stosuje się trzy rodzaje płytek PCB z diodami LED dużej mocy w celu odprowadzania ciepła: zwykłą dwustronną płytkę pokrytą miedzią (FR4), płytkę miedzianą na bazie stopu aluminium (MCPCB), elastyczną folię PCB z klejem na płytce ze stopu aluminium.
Efekt rozpraszania ciepła jest związany z warstwą miedzi i grubością warstwy metalu oraz przewodnością cieplną ośrodka izolacyjnego. Zazwyczaj stosuje się MCPCB z warstwą miedzi 35um i stopem aluminium 1,5 mm. Elastyczna płytka PCB jest przyklejana do płyty ze stopu aluminium. Oczywiście MCPCBS o wysokiej przewodności cieplnej mają najlepsze parametry termiczne, ale ich cena również rośnie.
Tutaj niektóre dane pochodzą z przykładu MEASURING TC firmy NICHIA Company jako przykłady obliczeń. Warunki są następujące: LED: 3 W biała dioda LED, model MCCW022, RJC=16℃/W. Głowica pomiarowa termometru punktowego termopary typu K przyspawana do radiatora.
Płytka testowa PCB: płytka dwuwarstwowa pokryta miedzią (40×40 mm), t=1,6 mm, powierzchnia warstwy miedzianej powierzchni spawania 1180 mm2, powierzchnia warstwy miedzianej z tyłu 1600mm2.
Stan pracy diody LED: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71℃ zmierzono termometrem punktowym z termoparą typu K. Temperatura otoczenia TA=25℃
1. TJ jest obliczany
TJ=RJC x PD+TC=RJC (jeśli x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2.RBA jest obliczana
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. Oblicza się RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Jeśli zaprojektowane TJmax wynosi -90℃, TJ obliczone zgodnie z powyższymi warunkami nie może spełnić wymagań projektowych. Należy zmienić PCB na lepsze rozpraszanie ciepła lub zwiększyć obszar rozpraszania ciepła, a następnie ponownie przetestować i obliczyć, aż TJ≤TJmax.
Inną metodą jest to, że gdy wartość UC diody LED jest zbyt duża, VF=3,65V przy RJC=9℃/WIF=500mA, a pozostałe warunki pozostają niezmienione, T) można obliczyć jako:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Wystąpił pewien błąd w obliczeniach 71℃ powyżej, nowa dioda LED 9℃W powinna zostać zespawana, aby ponownie przetestować TC (zmierzona wartość jest nieznacznie mniejsza niż 71℃). Tak naprawdę nie ma to znaczenia. Po użyciu diody LED 9℃/W nie trzeba zmieniać materiału i obszaru PCB, co spełnia wymagania projektowe.
Radiator z tyłu płytki PCB
Jeśli obliczony TJmax jest znacznie większy niż wymagania projektowe, a struktura nie pozwala na dodatkową powierzchnię, rozważ przyklejenie płytki PCB z powrotem do profilu aluminiowego w kształcie litery „U” (lub tłoczenie płyty aluminiowej) lub przyklejenie do radiatora. Te dwie metody są powszechnie stosowane w projektowaniu wielu lamp LED o dużej mocy. Na przykład w powyższym przykładzie obliczeniowym radiator 10℃/W jest przyklejony z tyłu płytki PCB z TJ=103℃, a jego TJ spada do około 80℃.
Należy zauważyć, że powyższy TC jest mierzony w temperaturze pokojowej (zwykle 15~30℃). Jeśli temperatura otoczenia lampy LED TA jest wyższa niż temperatura pokojowa, rzeczywisty TJ jest wyższy niż obliczony TJ mierzony w temperaturze pokojowej, więc ten czynnik należy uwzględnić w projekcie. Jeśli test jest przeprowadzany w termostacie, najlepiej jest dostosować temperaturę do najwyższej temperatury otoczenia podczas użytkowania.
Ponadto, niezależnie od tego, czy PCB jest instalowana poziomo czy pionowo, warunki rozpraszania ciepła są różne, co ma pewien wpływ na pomiar TC. Materiał powłoki, rozmiar i otwór rozpraszania ciepła lampy również mają wpływ na rozpraszanie ciepła. Dlatego też projekt powinien być w pewnym stopniu swobodny.
Czas publikacji: 23-03-2022
