נכון לעכשיו, ישנם שלושה סוגים של PCB המיושמים עם LED בעוצמה גבוהה לפיזור חום: לוח מצופה נחושת דו צדדי רגיל (FR4), לוח נחושת רגיש מבוסס סגסוגת אלומיניום (MCPCB), PCB סרט גמיש עם דבק על לוח סגסוגת אלומיניום.
אפקט פיזור החום קשור לשכבת הנחושת ולעובי שכבת המתכת ולמוליכות התרמית של המדיום המבודד. MCPCB עם שכבת נחושת 35um וסגסוגת אלומיניום 1.5 מ"מ משמשת בדרך כלל. PCB גמיש מודבק לצלחת סגסוגת אלומיניום. כמובן, ל-MCPCBS עם מוליכות תרמית גבוהה יש את הביצועים התרמיים הטובים ביותר, אבל המחיר גם עולה.
כאן, כמה נתונים לקוחים מהדוגמה של MEASURING TC של חברת NICHIA כדוגמאות חישוב. התנאים הם כדלקמן: LED: 3W LED לבן, דגם MCCW022, RJC=16℃/W. מדחום נקודת תרמי מסוג K מרותך לגוף קירור.
לוח בדיקת PCB: לוח מצופה נחושת דו-שכבתי (40×40 מ"מ), t=1.6 מ"מ, שטח שכבת נחושת של משטח הריתוך 1180 מ"מ2, שטח שכבת נחושת של גב 1600 מ"מ2.
מצב עבודה של LED: IF-500mA, VF=3.97V
TC=71℃ נמדד עם מדחום נקודתי מסוג K. טמפרטורת הסביבה TA=25℃
1. TJ מחושב
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3.97V)
+71℃=103℃
2.RBA מחושב
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1.99W
=23.1℃/W
3. RJA מחושב
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23.1℃W
= 39.1℃W
אם ה-TJmax המעוצב הוא -90℃, ה-TJ המחושב לפי התנאים לעיל אינו יכול לעמוד בדרישות התכנון. יש צורך לשנות את ה-PCB עם פיזור חום טוב יותר או להגדיל את שטח פיזור החום שלו, ולבדוק ולחשב שוב עד TJ≤TJmax.
שיטה נוספת היא שכאשר ערך ה-UC של ה-LED גדול מדי, VF=3.65V כאשר RJC=9℃/WIF=500mA מוחלף, תנאים אחרים נשארים ללא שינוי, ניתן לחשב T) כך:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 מא * 3.65 V) = 87.4 ℃
ישנה שגיאה מסוימת בחישוב של 71℃ לעיל, יש לרתך LED חדש של 9℃W כדי לבדוק מחדש TC (הערך הנמדד מעט קטן מ-71℃). זה לא באמת משנה. לאחר שימוש ב-9 ℃/W LED, אין צורך לשנות את החומר והשטח של ה-PCB, העומדים בדרישות העיצוב.
גוף קירור בגב PCB
אם ה-TJmax המחושב גדול בהרבה מדרישת התכנון, והמבנה אינו מאפשר שטח נוסף, שקול להדביק את ה-PCB בחזרה לפרופיל האלומיניום בצורת "U" (או הטבעת צלחת אלומיניום), או היצמדות לגוף הקירור. שתי שיטות אלה משמשות בדרך כלל בתכנון של מספר מנורות LED בעלות הספק גבוה. לדוגמה, בדוגמה החישובית לעיל, גוף קירור של 10℃/W מודבק על גב ה-PCB עם TJ=103℃, וה-TJ שלו יורד לכ-80℃.
יש לציין כאן שה-TC לעיל נמדד בטמפרטורת החדר (בדרך כלל 15~30℃). אם טמפרטורת הסביבה של מנורת LED TA גדולה מטמפרטורת החדר, ה-TJ בפועל גבוה מה-TJ המחושב שנמדד בטמפרטורת החדר, ולכן יש לקחת בחשבון גורם זה בתכנון. אם הבדיקה מתבצעת בתרמוסטט, עדיף להתאים את הטמפרטורה לטמפרטורת הסביבה הגבוהה ביותר בעת השימוש.
בנוסף, בין אם PCB מותקן אופקית או אנכית, תנאי פיזור החום שלו שונים, מה שיש לו השפעה מסוימת על מדידת TC. גם לחומר המעטפת, לגודל ולחור פיזור החום של המנורה יש השפעה על פיזור החום. לכן, צריך להיות קצת מרחב פעולה בעיצוב.
זמן פרסום: 23-3-2022
