Attualmente, esistono tre tipi di PCB applicati con LED ad alta potenza per la dissipazione del calore: normale scheda rivestita in rame a doppia faccia (FR4), scheda in rame sensibile a base di lega di alluminio (MCPCB), PCB a pellicola flessibile con adesivo su scheda in lega di alluminio.
L'effetto di dissipazione del calore è correlato allo strato di rame, allo spessore dello strato di metallo e alla conduttività termica del mezzo isolante. Generalmente viene utilizzato MCPCB con strato di rame da 35um e lega di alluminio da 1,5 mm. Il PCB flessibile è incollato alla piastra in lega di alluminio. Naturalmente, gli MCPCBS con elevata conduttività termica hanno le migliori prestazioni termiche, ma anche il prezzo è in aumento.
Qui alcuni dati sono presi dall'esempio di MEASURING TC della ditta NICHIA come esempi di calcolo. Le condizioni sono le seguenti: LED: LED bianco da 3 W, modello MCCW022, RJC=16 ℃/W. Testa di misurazione del termometro a punto termocoppia di tipo K saldata al dissipatore di calore.
Scheda di test PCB: scheda rivestita in rame a doppio strato (40×40 mm), t=1,6 mm, area dello strato di rame della superficie di saldatura 1180 mm2, area dello strato di rame sul retro 1600 mm2.
Stato di funzionamento del LED: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71℃ è stato misurato con un termometro a punto termocoppia di tipo K. La temperatura ambiente TA=25℃
1. Viene calcolato TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (SE x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2.RBA viene calcolato
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1 ℃/W
3. Viene calcolato l'RJA
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Se il TJmax progettato è -90℃, il TJ calcolato in base alle condizioni di cui sopra non può soddisfare i requisiti di progettazione. È necessario cambiare il PCB con una migliore dissipazione del calore o aumentare la sua area di dissipazione del calore, quindi testare e calcolare nuovamente fino a TJ≤TJmax.
Un altro metodo è che quando il valore UC del LED è troppo grande, VF=3,65V quando RJC=9℃/WIF=500mA viene sostituito, le altre condizioni rimangono invariate, T) può essere calcolato come:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
C'è qualche errore nel calcolo di 71℃ sopra, il nuovo LED da 9℃W dovrebbe essere saldato per testare nuovamente TC (il valore misurato è leggermente inferiore a 71℃). Non importa davvero. Dopo aver utilizzato il LED da 9 ℃/W, non è necessario modificare il materiale e l'area del PCB, poiché soddisfa i requisiti di progettazione.
Dissipatore di calore sul retro del PCB
Se il TJmax calcolato è molto maggiore dei requisiti di progettazione e la struttura non consente un'area aggiuntiva, prendere in considerazione l'idea di incollare il PCB sul profilo di alluminio a forma di "U" (o sulla piastra di alluminio stampata) o di incollarlo sul dissipatore di calore. Questi due metodi sono comunemente utilizzati nella progettazione di più lampade LED ad alta potenza. Ad esempio, nell'esempio di calcolo precedente, un dissipatore di calore da 10 ℃/W viene incollato sul retro del PCB con TJ=103 ℃ e il suo TJ scende a circa 80 ℃.
Va notato che il TC sopra indicato è misurato a temperatura ambiente (generalmente 15~30℃). Se la temperatura ambiente della lampada LED TA è maggiore della temperatura ambiente, il TJ effettivo è superiore al TJ calcolato misurato a temperatura ambiente, quindi questo fattore dovrebbe essere considerato nella progettazione. Se il test viene eseguito nel termostato, è meglio regolare la temperatura sulla temperatura ambiente più alta durante l'uso.
Inoltre, indipendentemente dal fatto che il PCB sia installato orizzontalmente o verticalmente, le condizioni di dissipazione del calore sono diverse, il che ha un certo impatto sulla misurazione TC. Anche il materiale del guscio, le dimensioni e il foro di dissipazione del calore della lampada influiscono sulla dissipazione del calore. Pertanto, dovrebbe esserci un certo margine di manovra nella progettazione.
Orario di pubblicazione: 23 marzo 2022
