В настоящее время существует три типа печатных плат с мощными светодиодами для рассеивания тепла: обычная плата с двухсторонним медным покрытием (FR4), чувствительная медная плата на основе алюминиевого сплава (MCPCB), гибкая пленочная печатная плата с клеем на плате из алюминиевого сплава.
Эффект рассеивания тепла связан с медным слоем, толщиной металлического слоя и теплопроводностью изолирующей среды. Обычно используется MCPCB с медным слоем 35 мкм и алюминиевым сплавом толщиной 1,5 мм. Гибкая печатная плата приклеена к пластине из алюминиевого сплава. Конечно, MCPCBS с высокой теплопроводностью имеют лучшие тепловые характеристики, но и цена растет.
Здесь в качестве примера расчета взяты некоторые данные из примера ИЗМЕРЕНИЯ ТК компании NICHIA. Условия следующие: Светодиод: белый светодиод 3 Вт, модель MCCW022, RJC = 16 ℃/Вт. Измерительная головка точечного термометра типа K, приваренная к радиатору.
Тестовая плата печатной платы: двухслойная плата с медным покрытием (40×40 мм), t=1,6 мм, площадь медного слоя сварочной поверхности 1180 мм.2, площадь медного слоя сзади 1600мм2.
Рабочее состояние светодиода: IF-500 мА, VF = 3,97 В.
TC=71℃ измеряли с помощью точечного термометра с термопарой типа K. Температура окружающей среды TA=25℃
1. Рассчитывается ТДж
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
ТДж=16℃/Вт(500мА×3,97В)
+71℃=103℃
2.РБА рассчитывается
РБА=(TC-TA)/PD
=(71℃-25℃)/1,99 Вт
= 23,1 ℃/Вт
3. Рассчитывается RJA
RJA=RJC+РБА
=16℃/Вт+23,1℃Вт
=39,1℃Вт
Если расчетный TJmax равен -90 ℃, TJ, рассчитанный в соответствии с вышеуказанными условиями, не может соответствовать проектным требованиям. Необходимо заменить печатную плату с лучшей теплоотдачей или увеличить ее площадь теплоотвода, а затем снова протестировать и рассчитать до тех пор, пока TJ≤TJmax.
Другой метод заключается в том, что, когда значение UC светодиода слишком велико, VF = 3,65 В, при замене RJC = 9 ℃/WIF = 500 мА, другие условия остаются неизменными, T) можно рассчитать как:
ТДж = 9 ℃/Вт + 71 ℃ (500 мА * 3,65 В) = 87,4 ℃
При расчете температуры 71 ℃, приведенном выше, имеется некоторая ошибка, для повторной проверки термопары необходимо приварить новый светодиод мощностью 9 ℃W (измеренное значение немного меньше 71 ℃). Это не имеет особого значения. После использования светодиода 9 ℃/Вт не требуется менять материал и площадь печатной платы, что соответствует проектным требованиям.
Радиатор на задней стороне печатной платы
Если расчетное значение TJmax намного превышает проектные требования, а конструкция не позволяет увеличить площадь, рассмотрите возможность приклеивания печатной платы обратно к U-образному алюминиевому профилю (или штампованной алюминиевой пластине) или к радиатору. Эти два метода обычно используются при проектировании нескольких мощных светодиодных ламп. Например, в приведенном выше примере расчета радиатор мощностью 10 ℃/Вт наклеен на заднюю часть печатной платы с TJ = 103 ℃, и его TJ падает примерно до 80 ℃.
Здесь следует отметить, что указанная выше температура измеряется при комнатной температуре (обычно 15–30 ℃). Если температура окружающей среды светодиодной лампы ТА выше комнатной температуры, фактический ТДж выше расчетного ТДж, измеренного при комнатной температуре, поэтому этот фактор следует учитывать при проектировании. Если испытание проводится в термостате, лучше всего отрегулировать температуру до самой высокой температуры окружающей среды во время использования.
Кроме того, независимо от того, установлена ли печатная плата горизонтально или вертикально, ее условия рассеивания тепла различны, что оказывает определенное влияние на измерение теплового тепла. Материал корпуса, размер и отверстие для отвода тепла лампы также влияют на рассеивание тепла. Поэтому в конструкции должна быть некоторая свобода действий.
Время публикации: 23 марта 2022 г.
