În prezent, există trei tipuri de PCB-uri cu LED-uri de mare putere pentru disiparea căldurii: placă obișnuită cu acoperire față-verso din cupru (FR4), placă sensibilă din cupru pe bază de aliaj de aluminiu (MCPCB), PCB cu folie flexibilă cu adeziv pe placă din aliaj de aluminiu.
Efectul de disipare a căldurii este legat de stratul de cupru, grosimea stratului metalic și conductivitatea termică a mediului izolator. În general, se utilizează MCPCB cu strat de cupru de 35 µm și aliaj de aluminiu de 1,5 mm. PCB-urile flexibile sunt lipite pe o placă de aliaj de aluminiu. Desigur, MCPCBS-urile cu conductivitate termică ridicată au cele mai bune performanțe termice, dar și prețul este în creștere.
Aici, câteva date sunt preluate din exemplul de MĂSURARE TC al companiei NICHIA ca exemple de calcul. Condițiile sunt următoarele: LED: LED alb de 3 W, model MCCW022, RJC = 16 ℃/W. Cap de măsurare al termometrului cu punct termocuplu de tip K sudat pe radiator.
Placă de testare PCB: placă cu strat dublu de cupru (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, suprafața stratului de cupru a suprafeței de sudură 1180 mm2, suprafața stratului de cupru din spate 1600 mm2.
Stare funcționare LED: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ a fost măsurată cu un termometru cu termocuplu tip K. Temperatura ambiantă TA=25℃
1. TJ este calculat
TJ = RJC x PD + TC = RJC (IF x VF) + TC
TJ=16℃/W(500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2. Se calculează RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA este calculat
RJA=RJC+RBA
=16℃/V+23,1℃V
=39,1℃V
Dacă TJmax proiectat este de -90℃, TJ calculat conform condițiilor de mai sus nu poate îndeplini cerințele de proiectare. Este necesar să se schimbe PCB-ul cu o disipare mai bună a căldurii sau să se mărească suprafața de disipare a căldurii, apoi să se testeze și să se calculeze din nou până când TJ≤TJmax.
O altă metodă este aceea că, atunci când valoarea UC a LED-ului este prea mare, VF=3.65V când se înlocuiește RJC=9℃/WIF=500mA, celelalte condiții rămân neschimbate, T) poate fi calculată ca:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Există o oarecare eroare în calculul valorii de 71℃ de mai sus, noul LED de 9℃W trebuie sudat pentru a retesta temperatura de transfer (valoarea măsurată este puțin mai mică decât 71℃). Nu contează cu adevărat. După utilizarea unui LED de 9℃/W, nu este nevoie să se schimbe materialul și suprafața PCB-ului, ceea ce îndeplinește cerințele de proiectare.
Radiator de căldură pe spatele PCB-ului
Dacă TJmax calculat este mult mai mare decât cerința de proiectare, iar structura nu permite o suprafață suplimentară, luați în considerare lipirea PCB-ului înapoi pe profilul de aluminiu în formă de „U” (sau ștanțarea unei plăci de aluminiu) sau lipirea pe radiator. Aceste două metode sunt utilizate în mod obișnuit în proiectarea mai multor lămpi LED de mare putere. De exemplu, în exemplul de calcul de mai sus, un radiator de 10℃/W este lipit pe spatele PCB-ului cu TJ=103℃, iar TJ-ul său scade la aproximativ 80℃.
Trebuie menționat aici că TC de mai sus este măsurat la temperatura camerei (în general 15~30℃). Dacă temperatura ambiantă a lămpii LED TA este mai mare decât temperatura camerei, TJ real este mai mare decât TJ calculat măsurat la temperatura camerei, așadar acest factor trebuie luat în considerare la proiectare. Dacă testul este efectuat în termostat, este recomandat să se ajusteze temperatura la cea mai ridicată temperatură ambiantă în timpul utilizării.
În plus, indiferent dacă PCB-ul este instalat orizontal sau vertical, condițiile sale de disipare a căldurii sunt diferite, ceea ce are un anumit impact asupra măsurării TC. Materialul carcasei, dimensiunea și orificiul de disipare a căldurii al lămpii au, de asemenea, un impact asupra disipării căldurii. Prin urmare, ar trebui să existe o oarecare flexibilitate în proiectare.
Data publicării: 23 martie 2022
