Atualmente, existem três tipos de PCB aplicados com LED de alta potência para dissipação de calor: placa revestida de cobre de dupla face comum (FR4), placa de cobre sensível à base de liga de alumínio (MCPCB), PCB de filme flexível com adesivo em placa de liga de alumínio.
O efeito de dissipação de calor está relacionado à camada de cobre, à espessura da camada metálica e à condutividade térmica do meio isolante. Geralmente, utiliza-se MCPCB com camada de cobre de 35 µm e liga de alumínio de 1,5 mm. O PCB flexível é colado em uma placa de liga de alumínio. É claro que MCPCBS com alta condutividade térmica apresentam o melhor desempenho térmico, mas o preço também está aumentando.
Aqui, alguns dados são retirados do exemplo de MEDIÇÃO DE TC da empresa NICHIA como exemplos de cálculo. As condições são as seguintes: LED: LED branco de 3 W, modelo MCCW022, RJC = 16 ℃/W. Termômetro de ponto tipo K soldado ao dissipador de calor.
Placa de teste de PCB: placa revestida de cobre de camada dupla (40×40 mm), t=1,6 mm, área da camada de cobre da superfície de soldagem 1180 mm2, área da camada de cobre na parte traseira 1600mm2.
Status de funcionamento do LED: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71℃ foi medido com termômetro de ponto termopar tipo K. A temperatura ambiente TA=25℃
1. TJ é calculado
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2. O RBA é calculado
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. O RJA é calculado
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Se o TJmax projetado for de -90°C, o TJ calculado de acordo com as condições acima não atenderá aos requisitos de projeto. É necessário trocar a placa de circuito impresso com melhor dissipação de calor ou aumentar sua área de dissipação de calor, e testar e calcular novamente até que TJ ≤ TJmax.
Outro método é que quando o valor UC do LED é muito grande, VF=3,65 V quando RJC=9℃/WIF=500 mA é substituído, outras condições permanecem inalteradas, T) pode ser calculado como:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Há algum erro no cálculo de 71°C acima. Um novo LED de 9°C/W deve ser soldado para testar novamente o TC (o valor medido é ligeiramente menor que 71°C). Isso realmente não importa. Após usar o LED de 9°C/W, não é necessário trocar o material e a área da placa de circuito impresso, o que atende aos requisitos de projeto.
Dissipador de calor na parte traseira do PCB
Se o TJmax calculado for muito maior do que o requisito de projeto e a estrutura não permitir área adicional, considere colar a placa de circuito impresso (PCB) de volta ao perfil de alumínio em forma de "U" (ou estampagem em chapa de alumínio) ou ao dissipador de calor. Esses dois métodos são comumente usados no projeto de múltiplas lâmpadas LED de alta potência. Por exemplo, no exemplo de cálculo acima, um dissipador de calor de 10°C/W é colado na parte traseira da placa de circuito impresso com TJ = 103°C, e seu TJ cai para cerca de 80°C.
Deve-se observar que o TC acima é medido à temperatura ambiente (geralmente 15 a 30 °C). Se a temperatura ambiente da lâmpada LED TA for maior que a temperatura ambiente, o TJ real será maior que o TJ calculado medido à temperatura ambiente, portanto, esse fator deve ser considerado no projeto. Se o teste for realizado no termostato, é melhor ajustar a temperatura para a temperatura ambiente mais alta durante o uso.
Além disso, independentemente de a PCB ser instalada horizontalmente ou verticalmente, suas condições de dissipação de calor são diferentes, o que tem um certo impacto na medição do TC. O material do invólucro, o tamanho e o furo de dissipação de calor da lâmpada também influenciam na dissipação de calor. Portanto, deve haver alguma margem de manobra no projeto.
Horário da publicação: 23/03/2022
