V súčasnosti existujú tri druhy dosiek plošných spojov aplikovaných s vysokovýkonnými LED diódami na odvod tepla: obyčajná obojstranná doska potiahnutá meďou (FR4), citlivá medená doska na báze hliníkovej zliatiny (MCPCB), flexibilná fóliová doska plošných spojov s lepidlom na doske z hliníkovej zliatiny.
Účinok rozptylu tepla súvisí s medenou vrstvou a hrúbkou kovovej vrstvy a tepelnou vodivosťou izolačného média. Všeobecne sa používa MCPCB s 35um medenou vrstvou a 1,5mm hliníkovou zliatinou. Flexibilná doska plošných spojov je prilepená k doske z hliníkovej zliatiny. Samozrejme, MCPCBS s vysokou tepelnou vodivosťou majú najlepší tepelný výkon, ale stúpa aj cena.
Tu sú niektoré údaje prevzaté z príkladu MEASURING TC spoločnosti NICHIA ako príklady výpočtu. Podmienky sú nasledovné: LED: 3W biela LED, model MCCW022, RJC=16℃/W. Termočlánková meracia hlavica bodového teplomera typu K privarená k chladiču.
Testovacia doska PCB: dvojvrstvová doska s medeným povlakom (40×40 mm), t=1,6 mm, plocha medenej vrstvy zváracej plochy 1180 mm2, plocha medenej vrstvy chrbta 1600 mm2.
Pracovný stav LED: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71℃ sa meralo bodovým teplomerom termočlánku typu K. Teplota okolia TA=25℃
1. Vypočíta sa TJ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16℃/W (500mA×3,97V)
+71 ℃ = 103 ℃
2. Vypočíta sa RBA
RBA = (TC-TA)/PD
= (71℃-25℃)/1,99W
= 23,1 °C/W
3. Vypočíta sa RJA
RJA=RJC+RBA
= 16 ℃/W + 23,1 ℃ W
= 39,1 ℃ W
Ak je navrhovaná TJmax -90 ℃, TJ vypočítaná podľa vyššie uvedených podmienok nemôže spĺňať konštrukčné požiadavky. Je potrebné vymeniť DPS s lepším odvodom tepla alebo zväčšiť jej plochu pre odvod tepla a znova testovať a počítať až do TJ≤TJmax.
Ďalšou metódou je, že keď je hodnota UC LED príliš veľká, VF=3,65V, keď sa nahradí RJC=9℃/WIF=500mA, ostatné podmienky zostanú nezmenené, T) možno vypočítať ako:
TJ = 9 ℃ / W + 71 ℃ (500 ma * 3,65 V) = 87,4 ℃
Vo výpočte 71℃ vyššie je určitá chyba, na opätovné otestovanie TC by sa mala privariť nová 9℃W LED (nameraná hodnota je o niečo menšia ako 71℃). Je to vlastne jedno. Po použití 9℃/W LED nie je potrebné meniť materiál a plochu PCB, čo spĺňa požiadavky na dizajn.
Chladič na zadnej strane PCB
Ak je vypočítaná TJmax oveľa väčšia ako konštrukčná požiadavka a konštrukcia neumožňuje dodatočnú plochu, zvážte prilepenie dosky plošných spojov späť na hliníkový profil v tvare písmena „U“ (alebo lisovanie hliníkovej dosky) alebo nalepenie na chladič. Tieto dve metódy sa bežne používajú pri navrhovaní viacerých vysokovýkonných LED lámp. Napríklad vo vyššie uvedenom príklade výpočtu je chladič 10 ℃/W nalepený na zadnú stranu dosky plošných spojov s TJ=103 ℃ a jeho TJ klesá na približne 80 ℃.
Tu je potrebné poznamenať, že vyššie uvedené TC sa meria pri izbovej teplote (všeobecne 15 ~ 30 ℃). Ak je okolitá teplota LED lampy TA vyššia ako izbová teplota, skutočná TJ je vyššia ako vypočítaná TJ nameraná pri izbovej teplote, preto by sa tento faktor mal zohľadniť pri návrhu. Ak sa test vykonáva v termostate, je najlepšie nastaviť teplotu na najvyššiu okolitú teplotu počas používania.
Navyše, či už je DPS inštalovaná horizontálne alebo vertikálne, podmienky jej rozptylu tepla sú rôzne, čo má určitý vplyv na meranie TC. Materiál plášťa, veľkosť a otvor na odvod tepla lampy majú tiež vplyv na odvod tepla. Preto by mala existovať určitá voľnosť v dizajne.
Čas odoslania: 23. marca 2022
