Momenteel zijn er drie soorten PCB's toegepast met krachtige LED's voor warmteafvoer: gewone dubbelzijdige kopergecoate platen (FR4), op aluminiumlegering gebaseerde gevoelige koperplaten (MCPCB), flexibele film-PCB's met lijm op een plaat van aluminiumlegering.
Het warmtedissipatie-effect houdt verband met de koperlaag en de dikte van de metaallaag en de thermische geleidbaarheid van het isolatiemedium. MCPCB met een koperlaag van 35um en een aluminiumlegering van 1,5 mm wordt over het algemeen gebruikt. Flexibele PCB is gelijmd op een plaat van aluminiumlegering. Uiteraard hebben MCPCBS met hoge thermische geleidbaarheid de beste thermische prestaties, maar de prijs stijgt ook.
Hier zijn enkele gegevens overgenomen uit het voorbeeld van MEASURING TC van NICHIA Company als rekenvoorbeelden. De voorwaarden zijn als volgt: LED:3W witte LED, model MCCW022, RJC=16℃/W. Type K thermokoppel puntthermometer meetkop aan koellichaam gelast.
PCB-testbord: dubbellaags kopergecoat bord (40 x 40 mm), t = 1,6 mm, koperlaagoppervlak van lasoppervlak 1180 mm2, koperlaagoppervlak aan de achterkant 1600 mm2.
LED-werkstatus: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71℃ werd gemeten met een thermokoppelpuntthermometer type K. De omgevingstemperatuur TA=25℃
1. TJ wordt berekend
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2.RBA wordt berekend
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA wordt berekend
RJA=RJC+RBA
=16℃/W+23,1℃W
=39,1℃W
Als de ontworpen TJmax -90℃ is, kan de TJ, berekend volgens de bovenstaande voorwaarden, niet aan de ontwerpvereisten voldoen. Het is noodzakelijk om de printplaat te vervangen met een betere warmteafvoer of het warmteafvoeroppervlak te vergroten, en opnieuw te testen en te berekenen tot TJ≤TJmax.
Een andere methode is dat wanneer de UC-waarde van de LED te groot is, VF=3,65V wanneer RJC=9℃/WIF=500mA wordt vervangen, andere omstandigheden ongewijzigd blijven, T) kan als volgt worden berekend:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Er zit een fout in de berekening van 71℃ hierboven, er moet een nieuwe 9℃W LED worden gelast om de TC opnieuw te testen (de gemeten waarde is iets kleiner dan 71℃). Het maakt niet echt uit. Na gebruik van 9℃/W LED hoeft het PCB-materiaal en -gebied niet te worden gewijzigd, wat aan de ontwerpvereisten voldoet.
Koellichaam aan de achterkant van de printplaat
Als de berekende TJmax veel groter is dan de ontwerpvereiste, en de structuur geen extra ruimte toestaat, overweeg dan om de PCB terug te plakken op het "U"-vormige aluminium profiel (of aluminium plaatstempels), of op het koellichaam. Deze twee methoden worden vaak gebruikt bij het ontwerp van meerdere krachtige LED-lampen. In het bovenstaande rekenvoorbeeld wordt bijvoorbeeld een koellichaam van 10℃/W op de achterkant van de printplaat geplakt met TJ=103℃, en de TJ daalt tot ongeveer 80℃.
Hierbij moet worden opgemerkt dat de bovenstaande TC wordt gemeten bij kamertemperatuur (doorgaans 15 ~ 30 ℃). Als de omgevingstemperatuur van de LED-lamp TA hoger is dan de kamertemperatuur, is de werkelijke TJ hoger dan de berekende TJ gemeten bij kamertemperatuur, dus met deze factor moet rekening worden gehouden bij het ontwerp. Als de test in de thermostaat wordt uitgevoerd, kun je tijdens gebruik de temperatuur het beste aanpassen aan de hoogste omgevingstemperatuur.
Bovendien zijn de omstandigheden voor warmteafvoer verschillend, ongeacht of de PCB horizontaal of verticaal wordt geïnstalleerd, wat een zekere impact heeft op de TC-meting. Het schaalmateriaal, de grootte en het warmteafvoergat van de lamp hebben ook invloed op de warmteafvoer. Daarom moet er enige speelruimte in het ontwerp zijn.
Posttijd: 23 maart 2022
