Hiện nay, có ba loại PCB được ứng dụng đèn LED công suất cao để tản nhiệt: bo mạch phủ đồng hai mặt thông thường (FR4), bo mạch đồng nhạy sáng nền hợp kim nhôm (MCPCB), PCB màng mềm có keo dán trên bo mạch hợp kim nhôm.
Hiệu ứng tản nhiệt liên quan đến lớp đồng và độ dày của lớp kim loại và độ dẫn nhiệt của môi trường cách điện. MCPCB có lớp đồng 35um và hợp kim nhôm 1,5mm thường được sử dụng. PCB linh hoạt được dán vào tấm hợp kim nhôm. Tất nhiên, MCPCBS có độ dẫn nhiệt cao có hiệu suất nhiệt tốt nhất, nhưng giá cũng tăng.
Ở đây, một số dữ liệu được lấy từ ví dụ về ĐO TC của Công ty NICHIA làm ví dụ tính toán. Các điều kiện như sau: LED: LED trắng 3W, model MCCW022, RJC=16℃/W. Đầu đo nhiệt kế điểm cặp nhiệt điện loại K được hàn vào bộ tản nhiệt.
Bảng thử nghiệm PCB: bảng phủ đồng hai lớp (40×40mm), t=1.6mm, diện tích lớp đồng của bề mặt hàn 1180mm2, diện tích lớp đồng phía sau 1600mm2.
Trạng thái hoạt động của đèn LED: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ được đo bằng nhiệt kế điểm cặp nhiệt điện loại K. Nhiệt độ môi trường TA=25℃
1. TJ được tính toán
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2.RBA được tính toán
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA được tính toán
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23.1℃W
=39,1℃W
Nếu TJmax thiết kế là -90℃, TJ tính toán theo các điều kiện trên không thể đáp ứng yêu cầu thiết kế. Cần thay PCB tản nhiệt tốt hơn hoặc tăng diện tích tản nhiệt, kiểm tra và tính toán lại cho đến khi TJ≤TJmax.
Một phương pháp khác là khi giá trị UC của đèn LED quá lớn, VF=3,65V khi RJC=9℃/WIF=500mA được thay thế, các điều kiện khác không đổi, T) có thể được tính như sau:
TJ = 9oC / W + 71oC (500 ma * 3,65 V) = 87,4oC
Có một số lỗi trong phép tính 71℃ ở trên, đèn LED 9℃W mới cần được hàn lại để kiểm tra TC (giá trị đo được nhỏ hơn một chút so với 71℃). Thực ra không quan trọng. Sau khi sử dụng đèn LED 9℃/W, không cần thay đổi vật liệu và diện tích PCB, đáp ứng yêu cầu thiết kế.
Tản nhiệt ở mặt sau của PCB
Nếu TJmax tính toán lớn hơn nhiều so với yêu cầu thiết kế và cấu trúc không cho phép thêm diện tích, hãy cân nhắc dán PCB trở lại thanh nhôm hình chữ "U" (hoặc dập tấm nhôm) hoặc dán vào bộ tản nhiệt. Hai phương pháp này thường được sử dụng trong thiết kế nhiều đèn LED công suất cao. Ví dụ, trong ví dụ tính toán ở trên, bộ tản nhiệt 10℃/W được dán ở mặt sau của PCB với TJ=103℃ và TJ của nó giảm xuống khoảng 80℃.
Cần lưu ý ở đây rằng TC trên được đo ở nhiệt độ phòng (thường là 15~30℃). Nếu nhiệt độ môi trường của đèn LED TA lớn hơn nhiệt độ phòng, TJ thực tế sẽ cao hơn TJ tính toán được đo ở nhiệt độ phòng, do đó cần cân nhắc yếu tố này khi thiết kế. Nếu thử nghiệm được thực hiện trong bộ điều nhiệt, tốt nhất là điều chỉnh nhiệt độ đến nhiệt độ môi trường cao nhất khi sử dụng.
Ngoài ra, PCB được lắp đặt theo chiều ngang hay chiều dọc, điều kiện tản nhiệt của nó đều khác nhau, điều này có tác động nhất định đến phép đo TC. Vật liệu vỏ, kích thước và lỗ tản nhiệt của đèn cũng có tác động đến tản nhiệt. Do đó, cần có một số khoảng trống trong thiết kế.
Thời gian đăng: 23-03-2022
