В настоящее время существует три вида печатных плат, в которых для отвода тепла применяются мощные светодиоды: обычная двухсторонняя плата с медным покрытием (FR4), чувствительная медная плата на основе алюминиевого сплава (MCPCB), гибкая пленочная печатная плата с клеем на плате из алюминиевого сплава.
Эффект рассеивания тепла связан с медным слоем, толщиной металлического слоя и теплопроводностью изолирующей среды. Обычно используется MCPCB с медным слоем 35 мкм и алюминиевым сплавом 1,5 мм. Гибкая печатная плата приклеивается к пластине из алюминиевого сплава. Конечно, MCPCBS с высокой теплопроводностью имеют лучшие тепловые характеристики, но цена также растет.
Здесь некоторые данные взяты из примера MEASURING TC компании NICHIA в качестве примеров расчета. Условия следующие: светодиод: 3 Вт белый светодиод, модель MCCW022, RJC=16℃/Вт. Измерительная головка точечного термометра термопары типа K приварена к радиатору.
Тестовая печатная плата: двухслойная медная плата (40×40 мм), t=1,6 мм, площадь медного слоя свариваемой поверхности 1180 мм22, площадь медного слоя сзади 1600мм2.
Рабочее состояние светодиода: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ измеряли с помощью точечного термометра термопары типа K. Температура окружающей среды TA=25℃
1. TJ рассчитывается
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/Вт(500мА×3,97В)
+71℃=103℃
2.RBA рассчитывается
РБА=(ТС-ТА)/ПД
=(71℃-25℃)/1,99 Вт
=23,1℃/Вт
3. RJA рассчитывается
РДЖ=РДЖК+РБА
=16℃/Вт+23,1℃Вт
=39,1℃W
Если расчетный TJmax составляет -90℃, то TJ, рассчитанный в соответствии с вышеуказанными условиями, не может соответствовать требованиям проекта. Необходимо заменить печатную плату на более эффективную теплоотдачу или увеличить площадь ее теплоотдачи, а затем провести испытания и расчеты снова, пока TJ≤TJmax.
Другой метод заключается в том, что когда значение UC светодиода слишком велико, VF=3,65 В при RJC=9℃/WIF=500 мА заменяется, другие условия остаются неизменными, T) можно рассчитать как:
ТДж = 9 ℃/Вт + 71 ℃ (500 мА * 3,65 В) = 87,4 ℃
В расчете 71℃ выше есть некоторая ошибка, новый 9℃W LED следует приварить для повторного тестирования TC (измеренное значение немного меньше 71℃). Это не имеет особого значения. После использования 9℃/W LED не нужно менять материал и площадь печатной платы, что соответствует требованиям конструкции.
Радиатор на задней стороне печатной платы
Если рассчитанный TJmax намного больше проектного требования, а структура не позволяет использовать дополнительную площадь, рассмотрите возможность приклеивания печатной платы обратно к алюминиевому профилю в форме «U» (или штамповке алюминиевой пластины) или приклеивания к радиатору. Эти два метода обычно используются при проектировании нескольких мощных светодиодных ламп. Например, в приведенном выше примере расчета радиатор 10℃/Вт приклеивается к задней части печатной платы с TJ=103℃, и его TJ падает примерно до 80℃.
Здесь следует отметить, что указанный выше TC измеряется при комнатной температуре (обычно 15~30℃). Если температура окружающей среды светодиодной лампы TA выше комнатной температуры, фактическое значение TJ выше расчетного значения TJ, измеренного при комнатной температуре, поэтому этот фактор следует учитывать при проектировании. Если испытание проводится в термостате, лучше всего отрегулировать температуру до самой высокой температуры окружающей среды при использовании.
Кроме того, независимо от того, установлена ли печатная плата горизонтально или вертикально, условия ее рассеивания тепла различаются, что оказывает определенное влияние на измерение TC. Материал корпуса, размер и отверстие для рассеивания тепла лампы также оказывают влияние на рассеивание тепла. Поэтому в конструкции должен быть некоторый запас прочности.
Время публикации: 23-03-2022
