Επί του παρόντος, υπάρχουν τρία είδη PCB που εφαρμόζονται με LED υψηλής ισχύος για απαγωγή θερμότητας: συνηθισμένη πλακέτα με επικάλυψη χαλκού διπλής όψης (FR4), ευαίσθητη σανίδα χαλκού με βάση κράμα αλουμινίου (MCPCB), εύκαμπτη μεμβράνη PCB με κόλλα σε σανίδα από κράμα αλουμινίου.
Το φαινόμενο απαγωγής θερμότητας σχετίζεται με το στρώμα χαλκού και το πάχος του μεταλλικού στρώματος και τη θερμική αγωγιμότητα του μονωτικού μέσου. Το MCPCB με στρώμα χαλκού 35um και κράμα αλουμινίου 1,5mm χρησιμοποιείται γενικά. Το εύκαμπτο PCB είναι κολλημένο σε πλάκα από κράμα αλουμινίου. Φυσικά, τα MCPCBS με υψηλή θερμική αγωγιμότητα έχουν την καλύτερη θερμική απόδοση, αλλά και η τιμή αυξάνεται.
Εδώ, λαμβάνονται ορισμένα δεδομένα από το παράδειγμα ΜΕΤΡΗΣΗΣ TC της εταιρείας ΝΙΧΙΑ ως παραδείγματα υπολογισμού. Οι συνθήκες είναι οι εξής: LED: 3W λευκό LED, μοντέλο MCCW022, RJC=16℃/W. Θερμόμετρο σημείου θερμοστοιχείου τύπου Κ κεφαλή μέτρησης συγκολλημένη σε ψύκτρα.
Δοκιμαστική πλακέτα PCB: σανίδα διπλής στρώσης επικαλυμμένη με χαλκό (40×40mm), t=1,6mm, επιφάνεια στρώματος χαλκού επιφάνειας συγκόλλησης 1180mm2, επιφάνεια στρώσης χαλκού πλάτης 1600mm2.
Κατάσταση λειτουργίας LED: IF-500mA, VF=3,97V
Το TC=71℃ μετρήθηκε με θερμόμετρο σημείου θερμοστοιχείου τύπου Κ. Η θερμοκρασία περιβάλλοντος TA=25℃
1. Υπολογίζεται το TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W (500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2.Υπολογίζεται το RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/Δ
3. Υπολογίζεται το RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/Π+23,1℃Δ
=39,1℃W
Εάν το σχεδιασμένο TJmax είναι -90℃, το TJ που υπολογίζεται σύμφωνα με τις παραπάνω συνθήκες δεν μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις σχεδιασμού. Είναι απαραίτητο να αλλάξετε το PCB με καλύτερη απαγωγή θερμότητας ή να αυξήσετε την περιοχή απαγωγής θερμότητας και να δοκιμάσετε και να υπολογίσετε ξανά μέχρι το TJ≤TJmax.
Μια άλλη μέθοδος είναι ότι όταν η τιμή UC του LED είναι πολύ μεγάλη, VF=3,65V όταν αντικαθίσταται το RJC=9℃/WIF=500mA, οι άλλες συνθήκες παραμένουν αμετάβλητες, το T) μπορεί να υπολογιστεί ως:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Υπάρχει κάποιο σφάλμα στον υπολογισμό των 71℃ παραπάνω, νέα λυχνία LED 9℃W πρέπει να συγκολληθεί για να δοκιμάσει ξανά το TC (η μετρούμενη τιμή είναι ελαφρώς μικρότερη από 71℃). Δεν έχει μεγάλη σημασία. Μετά τη χρήση LED 9℃/W, δεν χρειάζεται να αλλάξει το υλικό και η περιοχή PCB, που πληροί τις απαιτήσεις σχεδιασμού.
Ψύκτρα στο πίσω μέρος του PCB
Εάν το υπολογισμένο TJmax είναι πολύ μεγαλύτερο από την απαίτηση σχεδιασμού και η δομή δεν επιτρέπει επιπλέον επιφάνεια, σκεφτείτε να κολλήσετε το PCB στο προφίλ αλουμινίου σχήματος "U" (ή στάμπα αλουμινίου) ή να κολλήσετε στην ψύκτρα. Αυτές οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούνται συνήθως στο σχεδιασμό πολλαπλών λαμπτήρων LED υψηλής ισχύος. Για παράδειγμα, στο παραπάνω παράδειγμα υπολογισμού, μια ψύκτρα 10℃/W επικολλάται στο πίσω μέρος του PCB με TJ=103℃ και το TJ πέφτει στους 80℃ περίπου.
Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι το παραπάνω TC μετριέται σε θερμοκρασία δωματίου (γενικά 15~30℃). Εάν η θερμοκρασία περιβάλλοντος της λάμπας LED TA είναι μεγαλύτερη από τη θερμοκρασία δωματίου, το πραγματικό TJ είναι υψηλότερο από το υπολογισμένο TJ που μετρήθηκε σε θερμοκρασία δωματίου, επομένως αυτός ο παράγοντας θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στη σχεδίαση. Εάν η δοκιμή πραγματοποιείται στον θερμοστάτη, είναι καλύτερο να ρυθμίσετε τη θερμοκρασία στην υψηλότερη θερμοκρασία περιβάλλοντος όταν χρησιμοποιείται.
Επιπλέον, είτε το PCB είναι εγκατεστημένο οριζόντια είτε κάθετα, οι συνθήκες απαγωγής θερμότητας είναι διαφορετικές, γεγονός που έχει κάποιο αντίκτυπο στη μέτρηση TC. Το υλικό του κελύφους, το μέγεθος και η οπή απαγωγής θερμότητας του λαμπτήρα έχουν επίσης αντίκτυπο στην απαγωγή θερμότητας. Επομένως, θα πρέπει να υπάρχει κάποιο περιθώριο στο σχεδιασμό.
Ώρα δημοσίευσης: Μαρ-23-2022
