V súčasnosti existujú tri druhy dosiek plošných spojov (PCB) s vysokovýkonnými LED diódami na odvod tepla: obyčajná obojstranne pomedená doska (FR4), citlivá medená doska na báze hliníkovej zliatiny (MCPCB) a flexibilná fólia s lepidlom na doske z hliníkovej zliatiny.
Účinok rozptylu tepla súvisí s medenou vrstvou a hrúbkou kovovej vrstvy a tepelnou vodivosťou izolačného média. Vo všeobecnosti sa používa MCPCB s 35 μm medenou vrstvou a 1,5 mm hliníkovou zliatinou. Flexibilné PCB sa lepí na hliníkovú zliatinovú dosku. Samozrejme, MCPCBS s vysokou tepelnou vodivosťou má najlepší tepelný výkon, ale aj cena rastie.
Ako príklady výpočtu sú tu uvedené niektoré údaje z príkladu MEARING TC spoločnosti NICHIA. Podmienky sú nasledovné: LED: 3W biela LED, model MCCW022, RJC=16℃/W. Meracia hlavica termočlánkového teplomera typu K je privarená k chladiču.
Testovacia doska plošných spojov: dvojvrstvová doska s medeným povlakom (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, plocha zvarovej vrstvy medi 1180 mm2, plocha medenej vrstvy zadnej strany 1600 mm2.
Prevádzkový stav LED diódy: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71℃ bola nameraná termočlánkovým teplomerom typu K. Teplota okolia TA=25℃
1. Vypočíta sa TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2. Vypočíta sa RBA
RBA = (TC-TA) / PD
= (71 ℃ – 25 ℃) / 1,99 W
= 23,1 ℃/W
3. Vypočíta sa RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1 ℃ Z
Ak je navrhnutá hodnota TJmax -90 ℃, hodnota TJ vypočítaná podľa vyššie uvedených podmienok nemôže spĺňať konštrukčné požiadavky. Je potrebné vymeniť dosku plošných spojov s lepším odvodom tepla alebo zväčšiť jej plochu odvodu tepla a znova otestovať a vypočítať, kým TJ ≤ TJmax.
Ďalšia metóda je taká, že keď je hodnota UC LED príliš veľká, VF = 3,65 V pri RJC = 9 ℃ / WIF = 500 mA, pričom ostatné podmienky zostávajú nezmenené, T) sa dá vypočítať ako:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Vo výpočte 71 ℃ vyššie je určitá chyba, preto je potrebné privariť novú 9 ℃W LED diódu, aby sa opätovne otestoval TC (nameraná hodnota je o niečo menšia ako 71 ℃). Na tom však v skutočnosti nezáleží. Po použití 9 ℃/W LED diódy nie je potrebné meniť materiál a plochu DPS, čo spĺňa konštrukčné požiadavky.
Chladič na zadnej strane dosky plošných spojov
Ak je vypočítaná hodnota TJmax oveľa väčšia ako konštrukčná požiadavka a konštrukcia neumožňuje dodatočnú plochu, zvážte prilepenie dosky plošných spojov späť na hliníkový profil v tvare „U“ (alebo vyrazenie hliníkového plechu) alebo prilepenie na chladič. Tieto dve metódy sa bežne používajú pri navrhovaní viacerých vysokovýkonných LED žiaroviek. Napríklad vo vyššie uvedenom príklade výpočtu je chladič 10 ℃/W prilepený na zadnú stranu dosky plošných spojov s TJ=103 ℃ a jeho TJ klesne na približne 80 ℃.
Treba poznamenať, že vyššie uvedený TC sa meria pri izbovej teplote (zvyčajne 15 ~ 30 ℃). Ak je okolitá teplota LED žiarovky TA vyššia ako izbová teplota, skutočný TJ je vyšší ako vypočítaný TJ nameraný pri izbovej teplote, takže tento faktor by sa mal zohľadniť pri návrhu. Ak sa test vykonáva v termostate, je najlepšie nastaviť teplotu na najvyššiu okolitú teplotu počas používania.
Okrem toho, či je doska plošných spojov nainštalovaná horizontálne alebo vertikálne, jej podmienky odvodu tepla sa líšia, čo má určitý vplyv na meranie tepelného výkonu. Materiál plášťa, veľkosť a otvor na odvod tepla v žiarovke majú tiež vplyv na odvod tepla. Preto by mala byť pri návrhu určitá voľnosť.
Čas uverejnenia: 23. marca 2022
