Actualment, hi ha tres tipus de PCB aplicats amb LED d'alta potència per a la dissipació de la calor: placa de coure recoberta de doble cara ordinària (FR4), placa de coure sensible basada en aliatge d'alumini (MCPCB), PCB de pel·lícula flexible amb adhesiu sobre placa d'aliatge d'alumini.
L'efecte de dissipació de calor està relacionat amb la capa de coure i el gruix de la capa metàl·lica i la conductivitat tèrmica del medi aïllant. Generalment s'utilitza MCPCB amb una capa de coure de 35um i un aliatge d'alumini de 1,5 mm. El PCB flexible està enganxat a una placa d'aliatge d'alumini. Per descomptat, els MCPCBS amb alta conductivitat tèrmica tenen el millor rendiment tèrmic, però el preu també augmenta.
Aquí, algunes dades es prenen de l'exemple de MEASURING TC de NICHIA Company com a exemples de càlcul. Les condicions són les següents: LED: LED blanc de 3W, model MCCW022, RJC=16℃/W. Capçal de mesura de termòmetre de punt de termopar tipus K soldat al dissipador de calor.
Placa de prova de PCB: placa recoberta de coure de doble capa (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, àrea de capa de coure de superfície de soldadura 1180 mm2, àrea de la capa de coure de la part posterior de 1600 mm2.
Estat de funcionament del LED: IF-500mA, VF = 3,97 V
TC = 71 ℃ es va mesurar amb un termòmetre de punt de termoparell tipus K. La temperatura ambient TA = 25 ℃
1. Es calcula TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ = 16 ℃/W (500 mA × 3,97 V)
+71 ℃ = 103 ℃
2.RBA es calcula
RBA=(TC-TA)/PD
=(71 ℃-25 ℃)/1,99 W
=23,1 ℃/W
3. Es calcula RJA
RJA=RJC+RBA
=16 ℃/W+23,1 ℃W
=39,1 ℃W
Si el TJmax dissenyat és de -90 ℃, el TJ calculat segons les condicions anteriors no pot complir els requisits de disseny. Cal canviar el PCB amb una millor dissipació de calor o augmentar la seva àrea de dissipació de calor, i provar i calcular de nou fins a TJ≤TJmax.
Un altre mètode és que quan el valor UC del LED és massa gran, VF = 3,65 V quan es substitueix RJC = 9 ℃ / WIF = 500 mA, altres condicions romanen sense canvis, T) es pot calcular com:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Hi ha algun error en el càlcul de 71 ℃ anterior, el nou LED de 9 ℃ W s'ha de soldar per tornar a provar TC (el valor mesurat és lleugerament inferior a 71 ℃). Realment no importa. Després d'utilitzar LED de 9 ℃/W, no cal canviar el material i l'àrea del PCB, que compleix els requisits de disseny.
Dissipador de calor a la part posterior del PCB
Si el TJmax calculat és molt més gran que el requisit de disseny i l'estructura no permet una àrea addicional, considereu enganxar la PCB de nou al perfil d'alumini en forma d'"U" (o estampació de placa d'alumini) o enganxar-vos al dissipador de calor. Aquests dos mètodes s'utilitzen habitualment en el disseny de múltiples làmpades LED d'alta potència. Per exemple, a l'exemple de càlcul anterior, un dissipador de calor de 10 ℃/W s'enganxa a la part posterior del PCB amb TJ = 103 ℃ i el seu TJ cau a uns 80 ℃.
Cal tenir en compte aquí que el TC anterior es mesura a temperatura ambient (generalment 15 ~ 30 ℃). Si la temperatura ambient de la làmpada LED TA és superior a la temperatura ambient, la TJ real és superior a la TJ calculada mesurada a temperatura ambient, de manera que aquest factor s'ha de tenir en compte en el disseny. Si la prova es realitza al termòstat, el millor és ajustar la temperatura a la temperatura ambient més alta quan estigui en ús.
A més, tant si la PCB s'instal·la horitzontalment com verticalment, les seves condicions de dissipació de calor són diferents, cosa que té un cert impacte en la mesura de TC. El material de la carcassa, la mida i el forat de dissipació de calor de la làmpada també tenen un impacte en la dissipació de la calor. Per tant, hi hauria d'haver una mica de marge en el disseny.
Hora de publicació: 23-mar-2022
