Actualmente, hai tres tipos de PCB aplicados con LED de alta potencia para a disipación de calor: placa de cobre revestida de dobre cara común (FR4), placa de cobre sensible a base de aliaxe de aluminio (MCPCB), PCB de película flexible con adhesivo sobre placa de aliaxe de aluminio.
O efecto de disipación de calor está relacionado coa capa de cobre e o espesor da capa metálica e a condutividade térmica do medio illante. Xeralmente úsase MCPCB con capa de cobre de 35um e aliaxe de aluminio de 1,5 mm. O PCB flexible está pegado a unha placa de aliaxe de aluminio. Por suposto, os MCPCBS con alta condutividade térmica teñen o mellor rendemento térmico, pero o prezo tamén está aumentando.
Aquí, algúns datos son tomados do exemplo de MEASURING TC da empresa NICHIA como exemplos de cálculo. As condicións son as seguintes: LED: LED branco 3W, modelo MCCW022, RJC=16℃/W. Cabezal medidor de termómetro de punto de termopar tipo K soldado al disipador de calor.
Placa de proba de PCB: placa recuberta de cobre de dobre capa (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, área de capa de cobre da superficie de soldadura 1180 mm2, área de capa de cobre da parte traseira 1600 mm2.
Estado de funcionamento do LED: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ foi medido cun termómetro de punto de termopar tipo K. Temperatura ambiente TA = 25 ℃
1. Calcúlase TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ = 16 ℃/W (500 mA × 3,97 V)
+71 ℃ = 103 ℃
2. Calcúlase o RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71 ℃-25 ℃)/1,99 W
= 23,1 ℃/W
3. Calcúlase a RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
= 39,1 ℃ W
Se o TJmax deseñado é de -90 ℃, o TJ calculado segundo as condicións anteriores non pode cumprir os requisitos de deseño. É necesario cambiar a PCB cunha mellor disipación de calor ou aumentar a súa área de disipación de calor, e probar e calcular de novo ata TJ≤TJmax.
Outro método é que cando o valor UC do LED é demasiado grande, VF = 3,65 V cando se substitúe RJC = 9 ℃/WIF = 500 mA, outras condicións permanecen sen cambios, T) pódese calcular como:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Hai algún erro no cálculo de 71 ℃ anterior, o novo LED de 9 ℃ W debe soldarse para volver probar TC (o valor medido é lixeiramente menor que 71 ℃). Realmente non importa. Despois de usar o LED de 9 ℃/W, non é necesario cambiar o material e a área do PCB, que cumpre os requisitos de deseño.
Disipador de calor na parte traseira do PCB
Se o TJmax calculado é moito maior que o requisito de deseño e a estrutura non permite unha área adicional, considere pegar o PCB de novo ao perfil de aluminio en forma de "U" (ou estampación de placas de aluminio) ou pegar ao disipador de calor. Estes dous métodos úsanse habitualmente no deseño de múltiples lámpadas LED de alta potencia. Por exemplo, no exemplo de cálculo anterior, un disipador de calor de 10 ℃/W pégase na parte traseira da PCB con TJ = 103 ℃ e o seu TJ cae a uns 80 ℃.
Nótese aquí que o TC anterior mídese a temperatura ambiente (xeralmente 15 ~ 30 ℃). Se a temperatura ambiente da lámpada LED TA é maior que a temperatura ambiente, o TJ real é maior que o TJ calculado medido a temperatura ambiente, polo que este factor debe considerarse no deseño. Se a proba se realiza no termostato, o mellor é axustar a temperatura á temperatura ambiente máis alta cando estea en uso.
Ademais, se a PCB está instalada horizontal ou verticalmente, as súas condicións de disipación de calor son diferentes, o que ten un certo impacto na medición de TC. O material da carcasa, o tamaño e o burato de disipación da calor da lámpada tamén teñen un impacto na disipación da calor. Polo tanto, debería haber algo de marxe no deseño.
Hora de publicación: 23-mar-2022
