Tällä hetkellä on olemassa kolmenlaisia piirilevyjä, joita käytetään suuritehoisella LEDillä lämmönpoistoon: tavallinen kaksipuolinen kuparipinnoitettu levy (FR4), alumiiniseospohjainen herkkä kuparilevy (MCPCB), joustava kalvo-PCB, jossa on liima alumiiniseoslevylle.
Lämmönpoistovaikutus liittyy kuparikerrokseen ja metallikerroksen paksuuteen ja eristävän väliaineen lämmönjohtavuuteen. Yleensä käytetään MCPCB:tä, jossa on 35um kuparikerros ja 1,5 mm alumiiniseos. Joustava piirilevy liimataan alumiiniseoslevyyn. Tietysti MCPCBS:llä, jolla on korkea lämmönjohtavuus, on paras lämpöteho, mutta myös hinta nousee.
Tässä joitakin tietoja on otettu NICHIA Companyn MEASURING TC -esimerkistä laskentaesimerkkeinä. Olosuhteet ovat seuraavat: LED: 3W valkoinen LED, malli MCCW022, RJC=16℃/W. Tyypin K lämpöparipistelämpömittarin mittapää, hitsattu jäähdytyselementtiin.
PCB-testilevy: kaksikerroksinen kuparipinnoitettu levy (40×40mm), t=1,6mm, hitsauspinnan kuparikerroksen pinta-ala 1180mm2, takaosan kuparikerroksen pinta-ala 1600mm2.
LED toimintatila: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ mitattiin tyypin K lämpöparipistelämpömittarilla. Ympäristön lämpötila TA=25℃
1. TJ lasketaan
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ = 16 ℃/W (500 mA × 3,97 V)
+71 ℃ = 103 ℃
2.RBA lasketaan
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA lasketaan
RJA=RJC+RBA
=16℃/L+23,1℃W
=39,1 ℃W
Jos suunniteltu TJmax on -90 ℃, yllä olevien ehtojen mukaan laskettu TJ ei voi täyttää suunnitteluvaatimuksia. On tarpeen vaihtaa piirilevy, jolla on parempi lämmönpoisto tai suurentaa sen lämmönpoistoaluetta, ja testata ja laskea uudelleen kunnes TJ≤TJmax.
Toinen tapa on, että kun LEDin UC-arvo on liian suuri, VF=3,65V, kun RJC=9℃/WIF=500mA vaihdetaan, muut ehdot pysyvät ennallaan, T) voidaan laskea seuraavasti:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Yllä olevan 71℃:n laskennassa on virhe, uusi 9℃W:n LED tulisi hitsata TC:n uudelleen testaamiseksi (mitattu arvo on hieman pienempi kuin 71℃). Ei sillä oikeastaan ole väliä. 9℃/W LEDin käytön jälkeen sen ei tarvitse vaihtaa piirilevyn materiaalia ja aluetta, mikä täyttää suunnitteluvaatimukset.
Jäähdytyslevy piirilevyn takana
Jos laskettu TJmax on paljon suurempi kuin suunnitteluvaatimus, eikä rakenne salli lisäpinta-alaa, harkitse piirilevyn kiinnittämistä takaisin "U"-muotoiseen alumiiniprofiiliin (tai alumiinilevyn leimaamiseen) tai kiinnittämistä jäähdytyselementtiin. Näitä kahta menetelmää käytetään yleisesti useiden suuritehoisten LED-lamppujen suunnittelussa. Esimerkiksi yllä olevassa laskentaesimerkissä 10 ℃/W jäähdytyselementti liimataan piirilevyn taakse, jonka TJ = 103 ℃, ja sen TJ putoaa noin 80 ℃:seen.
Tässä on huomattava, että yllä oleva TC mitataan huoneenlämpötilassa (yleensä 15 ~ 30 ℃). Jos LED-lampun TA ympäristön lämpötila on korkeampi kuin huoneen lämpötila, todellinen TJ on suurempi kuin laskettu TJ huoneenlämmössä, joten tämä tekijä tulee huomioida suunnittelussa. Jos testi suoritetaan termostaatissa, on parasta säätää lämpötila korkeimpaan ympäristön lämpötilaan käytön aikana.
Lisäksi riippumatta siitä, onko piirilevy asennettu vaaka- tai pystysuoraan, sen lämmönpoistoolosuhteet ovat erilaiset, millä on tietty vaikutus TC-mittaukseen. Myös lampun kuoren materiaali, koko ja lämmönpoistoaukko vaikuttavat lämmönpoistoon. Suunnittelussa pitäisi siis olla hieman liikkumavaraa.
Postitusaika: 23.3.2022
