Тренутно постоје три врсте штампаних плоча (ПЦБ) које се користе са ЛЕД диодама велике снаге за одвођење топлоте: обична двострана плоча са бакарним премазом (FR4), осетљива бакарна плоча на бази легуре алуминијума (MCPCB), флексибилна фолија са лепком на плочи од легуре алуминијума.
Ефекат дисипације топлоте повезан је са слојем бакра и дебљином металног слоја и топлотном проводљивошћу изолационог медијума. Генерално се користи MCPCB са слојем бакра од 35μm и легуром алуминијума дебљине 1,5mm. Флексибилна PCB плоча се лепи на плочу од легуре алуминијума. Наравно, MCPCBS са високом топлотном проводљивошћу има најбоље термичке перформансе, али и цена расте.
Овде су неки подаци узети из примера МЕРЕЊА ТЦ компаније НИХИА као примери прорачуна. Услови су следећи: ЛЕД: 3W бела ЛЕД, модел MCCW022, RJC=16℃/W. Термопарачка тачкаста мерна глава термометра типа К заварена за хладњак.
Тест плоча за штампане плоче: двослојна плоча са бакарним премазом (40×40 мм), t=1,6 мм, површина бакарног слоја заваривања 1180 мм2, површина бакарног слоја позади 1600 мм2.
Радни статус ЛЕД диоде: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ је измерено термометром типа К са термопаром. Температура околине TA=25℃
1. ТЈ се израчунава
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
ТЈ=16℃/W(500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2. Израчунава се RBA
РБА=(ТЦ-ТА)/ПД
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA се израчунава
РЈА=РЈЦ+РБА
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Ако је пројектована вредност TJmax -90℃, TJ израчуната према горе наведеним условима не може да испуни пројектне захтеве. Потребно је заменити штампану плочу са бољим одвођењем топлоте или повећати њену површину за одвођење топлоте, и поново тестирати и израчунавати док TJ≤TJmax не буде.
Друга метода је да када је вредност UC ЛЕД диоде превелика, VF=3,65V када се замени RJC=9℃/WIF=500mA, остали услови остају непромењени, T) се може израчунати као:
ТЈ = 9 ℃ / В + 71 ℃ (500 ма * 3,65 В) = 87,4 ℃
Постоји извесна грешка у прорачуну од 71℃ изнад, нова ЛЕД диода од 9℃W треба да се завари да би се поново тестирао ТЦ (измерена вредност је нешто мања од 71℃). То заправо није битно. Након коришћења ЛЕД диоде од 9℃/W, није потребно мењати материјал и површину ПЦБ-а, што испуњава захтеве дизајна.
Хладњак на полеђини штампане плоче
Ако је израчуната вредност TJmax много већа од захтева дизајна, а структура не дозвољава додатну површину, размотрите лепљење штампане плоче назад на алуминијумски профил у облику слова "U" (или штанцање алуминијумске плоче) или лепљење на хладњак. Ове две методе се често користе у дизајну више ЛЕД лампи велике снаге. На пример, у горњем примеру прорачуна, хладњак од 10℃/W је залепљен на полеђину штампане плоче са TJ=103℃, а његова TJ пада на око 80℃.
Треба напоменути да се горе наведени TC мери на собној температури (генерално 15~30℃). Ако је температура околине LED лампе TA већа од собне температуре, стварни TJ је већи од израчунатог TJ измереног на собној температури, тако да овај фактор треба узети у обзир приликом пројектовања. Ако се тест врши у термостату, најбоље је подесити температуру на највишу температуру околине током употребе.
Поред тога, без обзира да ли је штампана плоча инсталирана хоризонтално или вертикално, услови одвођења топлоте су различити, што има одређени утицај на мерење TC. Материјал кућишта, величина и отвор за одвођење топлоте лампе такође утичу на одвођење топлоте. Стога би требало да постоји одређена слобода у дизајну.
Време објаве: 23. март 2022.
