Obecnie istnieją trzy rodzaje płytek PCB wyposażonych w diody LED dużej mocy do rozpraszania ciepła: zwykła dwustronna płytka powlekana miedzią (FR4), wrażliwa płytka miedziana na bazie stopu aluminium (MCPCB), płytka drukowana z elastycznej folii z klejem na płycie ze stopu aluminium.
Efekt rozpraszania ciepła jest związany z warstwą miedzi i grubością warstwy metalu oraz przewodnością cieplną ośrodka izolacyjnego. Powszechnie stosuje się MCPCB z warstwą miedzi o grubości 35um i stopem aluminium o grubości 1,5 mm. Elastyczna płytka PCB jest przyklejona do płyty ze stopu aluminium. Oczywiście MCPCBS o wysokiej przewodności cieplnej mają najlepszą wydajność cieplną, ale cena również rośnie.
Tutaj niektóre dane zostały zaczerpnięte z przykładu MEASURING TC firmy NICHIA jako przykłady obliczeń. Warunki są następujące: Dioda LED: biała dioda LED o mocy 3W, model MCCW022, RJC=16℃/W. Głowica pomiarowa termometru punktowego z termoparą typu K przyspawana do radiatora.
Płytka testowa PCB: płytka dwuwarstwowa pokryta miedzią (40×40mm), t=1,6mm, powierzchnia zgrzewania warstwy miedzi 1180mm2, powierzchnia warstwy miedzi z tyłu 1600 mm2.
Stan pracy diody: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71℃ zmierzono za pomocą termometru punktowego z termoparą typu K. Temperatura otoczenia TA=25℃
1. Oblicza się TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2. Obliczany jest RBA
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
= 23,1 ℃/W
3. Obliczany jest RJA
RJA=RJC+RBA
= 16 ℃/szer. + 23,1 ℃ szer
= 39,1 ℃ W
Jeżeli projektowany TJmax wynosi -90℃, TJ obliczony zgodnie z powyższymi warunkami nie może spełnić wymagań projektowych. Należy wymienić płytkę drukowaną na lepszą odprowadzającą ciepło lub zwiększyć jej powierzchnię odprowadzającą ciepło, a następnie ponownie przetestować i obliczyć, aż do TJ≤TJmax.
Inną metodą jest to, że gdy wartość UC diody LED jest zbyt duża, VF = 3,65 V, gdy RJC = 9 ℃/WIF = 500 mA, inne warunki pozostają niezmienione, T) można obliczyć w następujący sposób:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Wystąpił błąd w obliczeniu powyżej 71 ℃, należy przyspawać nową diodę LED o mocy 9 ℃ W, aby ponownie przetestować TC (zmierzona wartość jest nieco mniejsza niż 71 ℃). To naprawdę nie ma znaczenia. Po zastosowaniu diody LED 9℃/W nie ma potrzeby zmiany materiału i obszaru PCB, co spełnia wymagania projektowe.
Radiator z tyłu PCB
Jeśli obliczony TJmax jest znacznie większy niż wymagania projektowe, a konstrukcja nie pozwala na dodatkową powierzchnię, rozważ przyklejenie płytki PCB do profilu aluminiowego w kształcie litery „U” (lub wytłoczenie płyty aluminiowej) lub przyklejenie do radiatora. Te dwie metody są powszechnie stosowane przy projektowaniu wielu lamp LED dużej mocy. Na przykład w powyższym przykładzie obliczeniowym z tyłu płytki przyklejony jest radiator 10℃/W o TJ=103℃, a jego TJ spada do około 80℃.
Należy tutaj zauważyć, że powyższy TC jest mierzony w temperaturze pokojowej (zwykle 15 ~ 30 ℃). Jeżeli temperatura otoczenia lampy LED TA jest wyższa niż temperatura pokojowa, rzeczywista TJ jest wyższa niż obliczona TJ zmierzona w temperaturze pokojowej, dlatego należy uwzględnić ten współczynnik w projekcie. Jeżeli test przeprowadzany jest na termostacie, najlepiej podczas użytkowania ustawić temperaturę na najwyższą temperaturę otoczenia.
Ponadto, niezależnie od tego, czy PCB jest instalowana poziomo, czy pionowo, warunki odprowadzania ciepła są różne, co ma pewien wpływ na pomiar TC. Materiał powłoki, rozmiar i otwór odprowadzający ciepło lampy również mają wpływ na rozpraszanie ciepła. Dlatego w projektowaniu należy zachować pewną swobodę.
Czas publikacji: 23 marca 2022 r
