En la actualidad, existen tres tipos de PCB que se aplican con LED de alta potencia para la disipación de calor: placa ordinaria recubierta de cobre de doble cara (FR4), placa de cobre sensible a base de aleación de aluminio (MCPCB), PCB de película flexible con adhesivo sobre placa de aleación de aluminio.
El efecto de disipación de calor está relacionado con la capa de cobre, el espesor de la capa metálica y la conductividad térmica del medio aislante. Generalmente se utiliza MCPCB con una capa de cobre de 35 um y una aleación de aluminio de 1,5 mm. La PCB flexible está pegada a una placa de aleación de aluminio. Por supuesto, los MCPCBS con alta conductividad térmica tienen el mejor rendimiento térmico, pero el precio también está aumentando.
Aquí, algunos datos se toman del ejemplo de MEDICIÓN TC de NICHIA Company como ejemplos de cálculo. Las condiciones son las siguientes: LED: LED blanco de 3W, modelo MCCW022, RJC=16℃/W. Cabezal de medición del termómetro puntual de termopar tipo K soldado al disipador de calor.
Placa de prueba de PCB: placa recubierta de cobre de doble capa (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, área de capa de cobre de la superficie de soldadura 1180 mm2, área de capa de cobre en la parte posterior 1600 mm2.
Estado de funcionamiento del LED: IF-500mA, VF=3,97 V
TC = 71 ℃ se midió con un termómetro puntual de termopar tipo K. La temperatura ambiente TA=25℃
1. Se calcula TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (SI x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2.Se calcula el RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. Se calcula RJA
RJA=RJC+RBA
=16 ℃/W+23,1 ℃ W
= 39,1 ℃ W
Si el TJmax diseñado es -90 ℃, el TJ calculado de acuerdo con las condiciones anteriores no puede cumplir con los requisitos de diseño. Es necesario cambiar la PCB con mejor disipación de calor o aumentar su área de disipación de calor, y probar y calcular nuevamente hasta TJ≤TJmax.
Otro método es que cuando el valor UC del LED es demasiado grande, VF=3.65V cuando se reemplaza RJC=9℃/WIF=500mA, otras condiciones permanecen sin cambios, T) se puede calcular como:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Hay algún error en el cálculo de 71 ℃ anterior, se debe soldar un nuevo LED de 9 ℃ W para volver a probar el TC (el valor medido es ligeramente menor que 71 ℃). Realmente no importa. Después de usar LED de 9 ℃/W, no es necesario cambiar el material ni el área de la PCB, lo que cumple con los requisitos de diseño.
Disipador de calor en la parte posterior de la PCB
Si el TJmax calculado es mucho mayor que el requisito de diseño y la estructura no permite un área adicional, considere volver a pegar la PCB al perfil de aluminio en forma de "U" (o placa de aluminio estampada), o pegarla al disipador de calor. Estos dos métodos se utilizan habitualmente en el diseño de múltiples lámparas LED de alta potencia. Por ejemplo, en el ejemplo de cálculo anterior, se pega un disipador de calor de 10 ℃/W en la parte posterior de la PCB con TJ = 103 ℃, y su TJ cae a aproximadamente 80 ℃.
Cabe señalar aquí que el TC anterior se mide a temperatura ambiente (generalmente 15 ~ 30 ℃). Si la temperatura ambiente de la lámpara LED TA es mayor que la temperatura ambiente, el TJ real es mayor que el TJ calculado medido a temperatura ambiente, por lo que este factor debe considerarse en el diseño. Si la prueba se realiza en el termostato, lo mejor es ajustar la temperatura a la temperatura ambiente más alta cuando esté en uso.
Además, ya sea que la PCB se instale horizontal o verticalmente, sus condiciones de disipación de calor son diferentes, lo que tiene un cierto impacto en la medición de TC. El material de la carcasa, el tamaño y el orificio de disipación de calor de la lámpara también influyen en la disipación de calor. Por lo tanto, debería haber cierta libertad en el diseño.
Hora de publicación: 23-mar-2022
