Наразі існує три види друкованих плат, на які використовуються потужні світлодіоди для розсіювання тепла: звичайна двостороння мідна плата (FR4), чутлива мідна плата на основі алюмінієвого сплаву (MCPCB), гнучка плівкова плата з клеєм на алюмінієвому сплаві.
Ефект розсіювання тепла пов'язаний з шаром міді та товщиною металевого шару, а також теплопровідністю ізоляційного середовища. Зазвичай використовується MCPCB з шаром міді 35 мкм та алюмінієвим сплавом товщиною 1,5 мм. Гнучка друкована плата приклеюється до пластини з алюмінієвого сплаву. Звичайно, MCPCBS з високою теплопровідністю мають найкращі теплові характеристики, але ціна також зростає.
Тут деякі дані взяті з прикладу ВИМІРЮВАЛЬНОГО TC компанії NICHIA як приклади розрахунку. Умови такі: Світлодіод: білий світлодіод 3 Вт, модель MCCW022, RJC=16℃/Вт. Вимірювальна головка термометра типу K з точковим термометром, приварена до радіатора.
Тестова плата для друкованої плати: двошарова міднена плата (40×40 мм), t=1,6 мм, площа мідного шару на поверхні зварювання 1180 мм2, площа мідного шару ззаду 1600 мм2.
Робочий стан світлодіода: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ було виміряно точковим термометром типу K. Температура навколишнього середовища TA=25℃
1. Розраховується ТДж
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
ТДж=16℃/Вт(500мА×3,97В)
+71℃=103℃
2. Розраховується RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99 Вт
=23,1℃/Вт
3. Розраховується RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/Вт+23,1℃Вт
=39,1℃Вт
Якщо розрахункове значення TJmax становить -90℃, то розраховане значення TJ відповідно до вищезазначених умов не може відповідати проектним вимогам. Необхідно замінити друковану плату з кращим тепловідведенням або збільшити її площу тепловідведення, а потім повторно протестувати та розрахувати, доки TJ≤TJmax не досягне значення.
Інший метод полягає в тому, що коли значення UC світлодіода занадто велике, VF=3,65 В при RJC=9℃/WIF=500 мА, замінюється на T) за умови, що інші умови залишаються незмінними:
TJ = 9 ℃ / Вт + 71 ℃ (500 ма * 3,65 В) = 87,4 ℃
У розрахунку 71℃ вище є деяка похибка, тому для повторного тестування термопари слід приварити новий світлодіод потужністю 9℃Вт (виміряне значення трохи менше за 71℃). Це не має великого значення. Після використання світлодіода потужністю 9℃/Вт не потрібно змінювати матеріал та площу друкованої плати, що відповідає вимогам проектування.
Радіатор на задній частині друкованої плати
Якщо розраховане значення TJmax значно перевищує вимоги проектування, а конструкція не дозволяє додаткової площі, розгляньте можливість приклеювання друкованої плати назад до U-подібного алюмінієвого профілю (або штампування алюмінієвої пластини) або приклеювання до радіатора. Ці два методи зазвичай використовуються при проектуванні кількох потужних світлодіодних ламп. Наприклад, у наведеному вище прикладі розрахунку радіатор 10℃/Вт приклеюється до задньої частини друкованої плати з TJ=103℃, і його TJ падає приблизно до 80℃.
Слід зазначити, що вищевказаний TC вимірюється за кімнатної температури (зазвичай 15~30℃). Якщо температура навколишнього середовища світлодіодної лампи TA вища за кімнатну температуру, фактичний TJ буде вищим за розрахунковий TJ, виміряний за кімнатної температури, тому цей фактор слід враховувати під час проектування. Якщо випробування проводиться в термостаті, найкраще налаштувати температуру на найвищу температуру навколишнього середовища під час використання.
Крім того, незалежно від того, чи встановлена друкована плата горизонтально чи вертикально, умови її тепловіддачі відрізняються, що певним чином впливає на вимірювання термокоефіцієнта. Матеріал корпусу, розмір та отвір для тепловіддачі лампи також впливають на тепловіддачу. Тому в конструкції слід передбачити певний запас продуктивності.
Час публікації: 23 березня 2022 р.
