V současné době existují tři druhy desek plošných spojů aplikovaných s vysoce výkonnými LED pro odvod tepla: běžná oboustranná deska potažená mědí (FR4), citlivá měděná deska na bázi hliníkové slitiny (MCPCB), pružná fólie PCB s lepidlem na desce z hliníkové slitiny.
Účinek rozptylu tepla souvisí s vrstvou mědi a tloušťkou kovové vrstvy a tepelnou vodivostí izolačního média. Obecně se používá MCPCB s 35um měděnou vrstvou a 1,5mm hliníkovou slitinou. Ohebná deska plošných spojů je přilepena k desce z hliníkové slitiny. Nejlepší tepelný výkon mají samozřejmě MCPCBS s vysokou tepelnou vodivostí, ale také roste cena.
Zde jsou některá data převzata z příkladu MEASURING TC společnosti NICHIA jako příklady výpočtu. Podmínky jsou následující: LED: 3W bílá LED, model MCCW022, RJC=16℃/W. Termočlánková měřicí hlava bodového teploměru typu K přivařená k chladiči.
Testovací deska PCB: dvouvrstvá měděná deska (40×40 mm), t=1,6 mm, plocha měděné vrstvy svařovací plochy 1180 mm2, zadní strana měděné vrstvy 1600mm2.
Pracovní stav LED: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71℃ bylo měřeno bodovým teploměrem termočlánku typu K. Okolní teplota TA=25℃
1. Počítá se TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71 ℃ = 103 ℃
2. Vypočítá se RBA
RBA = (TC-TA)/PD
= (71℃-25℃)/1,99W
=23,1 °C/W
3. Vypočítá se RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Pokud je navržená TJmax -90℃, TJ vypočtená podle výše uvedených podmínek nemůže splňovat požadavky na návrh. Je nutné vyměnit DPS s lepším odvodem tepla nebo zvětšit jeho plochu pro odvod tepla a znovu testovat a počítat až do TJ≤TJmax.
Další metodou je, že když je hodnota UC LED příliš velká, VF=3,65V, když se vymění RJC=9℃/WIF=500mA, ostatní podmínky zůstanou nezměněny, T) lze vypočítat jako:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Ve výpočtu 71℃ výše je nějaká chyba, pro opětovné testování TC by měla být svařena nová 9℃W LED (naměřená hodnota je o něco menší než 71℃). To je vlastně jedno. Po použití 9℃/W LED není třeba měnit materiál a plochu PCB, což splňuje požadavky na design.
Chladič na zadní straně PCB
Pokud je vypočtená TJmax mnohem větší než návrhový požadavek a konstrukce neumožňuje další plochu, zvažte přilepení desky plošných spojů zpět k hliníkovému profilu ve tvaru "U" (nebo lisování hliníkové desky) nebo přilepení k chladiči. Tyto dvě metody se běžně používají při návrhu více vysoce výkonných LED lamp. Například ve výše uvedeném příkladu výpočtu je chladič 10℃/W nalepen na zadní stranu PCB s TJ=103℃ a jeho TJ klesne na přibližně 80℃.
Zde je třeba poznamenat, že výše uvedená TC se měří při pokojové teplotě (obecně 15~30℃). Pokud je okolní teplota LED lampy TA vyšší než pokojová teplota, skutečná TJ je vyšší než vypočtená TJ naměřená při pokojové teplotě, proto je třeba tento faktor zohlednit při návrhu. Pokud se test provádí v termostatu, je nejlepší nastavit teplotu na nejvyšší okolní teplotu při používání.
Navíc, ať už je DPS instalována vodorovně nebo svisle, podmínky jejího odvodu tepla jsou různé, což má určitý vliv na měření TC. Materiál pláště, velikost a otvor pro odvod tepla lampy mají také vliv na odvod tepla. Proto by v návrhu měla být určitá volnost.
Čas odeslání: 23. března 2022
