Atualmente, existem três tipos de PCB aplicados com LED de alta potência para dissipação de calor: placa revestida de cobre dupla face comum (FR4), placa de cobre sensível à base de liga de alumínio (MCPCB), PCB de filme flexível com adesivo na placa de liga de alumínio.
O efeito de dissipação de calor está relacionado à camada de cobre e à espessura da camada metálica e à condutividade térmica do meio isolante. Geralmente é usado MCPCB com camada de cobre de 35um e liga de alumínio de 1,5 mm. PCB flexível é colado em placa de liga de alumínio. É claro que os MCPCBS com alta condutividade térmica têm o melhor desempenho térmico, mas o preço também está subindo.
Aqui, alguns dados são retirados do exemplo de MEDIÇÃO TC da Empresa NICHIA como exemplos de cálculo. As condições são as seguintes: LED: LED branco 3W, modelo MCCW022, RJC=16℃/W. Termômetro de ponto termopar tipo K, cabeça de medição soldada ao dissipador de calor.
Placa de teste PCB: placa revestida de cobre de camada dupla (40 × 40 mm), t = 1,6 mm, área de camada de cobre da superfície de soldagem 1180 mm2, área da camada de cobre da parte traseira de 1600 mm2.
Status de funcionamento do LED: IF-500mA, VF=3,97V
TC = 71 ℃ foi medido com termômetro de ponto termopar tipo K. A temperatura ambiente TA = 25 ℃
1. TJ é calculado
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W(500mA×3,97V)
+71℃=103℃
2.RBA é calculado
RBA=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99W
=23,1℃/W
3. RJA é calculado
RJA=RJC+RBA
=16°C/W+23,1°CW
=39,1℃W
Se o TJmax projetado for -90°C, o TJ calculado de acordo com as condições acima não poderá atender aos requisitos do projeto. É necessário trocar a PCB com melhor dissipação de calor ou aumentar sua área de dissipação de calor, e testar e calcular novamente até TJ≤TJmax.
Outro método é que quando o valor UC do LED é muito grande, VF=3,65V quando RJC=9℃/WIF=500mA é substituído, outras condições permanecem inalteradas, T) pode ser calculado como:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Há algum erro no cálculo de 71 ℃ acima, o novo LED de 9 ℃ W deve ser soldado para testar novamente o TC (o valor medido é ligeiramente menor que 71 ℃). Isso realmente não importa. Depois de usar LED de 9 ℃ / W, não é necessário alterar o material e a área do PCB, o que atende aos requisitos do projeto.
Dissipador de calor na parte traseira do PCB
Se o TJmax calculado for muito maior que o requisito do projeto e a estrutura não permitir área adicional, considere colar a PCB de volta no perfil de alumínio em forma de "U" (ou na estampagem da placa de alumínio) ou colar no dissipador de calor. Esses dois métodos são comumente usados no projeto de múltiplas lâmpadas LED de alta potência. Por exemplo, no exemplo de cálculo acima, um dissipador de calor de 10°C/W é colado na parte traseira da PCB com TJ=103°C, e seu TJ cai para cerca de 80°C.
Deve-se notar aqui que o TC acima é medido à temperatura ambiente (geralmente 15~30°C). Se a temperatura ambiente da lâmpada LED TA for superior à temperatura ambiente, o TJ real é superior ao TJ calculado medido à temperatura ambiente, portanto este fator deve ser considerado no projeto. Se o teste for realizado no termostato, é melhor ajustar a temperatura para a temperatura ambiente mais alta durante o uso.
Além disso, quer o PCB seja instalado horizontalmente ou verticalmente, suas condições de dissipação de calor são diferentes, o que tem certo impacto na medição do TC. O material do invólucro, o tamanho e o orifício de dissipação de calor da lâmpada também têm impacto na dissipação de calor. Portanto, deve haver alguma margem de manobra no design.
Horário da postagem: 23 de março de 2022
