ปัจจุบัน PCB มีสามประเภทที่ใช้กับ LED กำลังสูงสำหรับการกระจายความร้อน: แผ่นทองแดงเคลือบสองหน้าธรรมดา (FR4), แผ่นทองแดงไวต่อโลหะผสมอลูมิเนียม (MCPCB), PCB ฟิล์มยืดหยุ่นพร้อมกาวบนแผ่นโลหะผสมอลูมิเนียม
ผลการกระจายความร้อนเกี่ยวข้องกับชั้นทองแดงและความหนาของชั้นโลหะและค่าการนำความร้อนของตัวกลางที่เป็นฉนวน โดยทั่วไปจะใช้ MCPCB ที่มีชั้นทองแดง 35um และอลูมิเนียมอัลลอยด์ 1.5 มม. PCB ที่ยืดหยุ่นนั้นติดอยู่กับแผ่นโลหะผสมอลูมิเนียม แน่นอนว่า MCPCBS ที่มีค่าการนำความร้อนสูงจะมีประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่ดีที่สุด แต่ราคาก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน
ในที่นี้ ข้อมูลบางส่วนนำมาจากตัวอย่างการวัด TC ของบริษัท NICHIA เพื่อเป็นตัวอย่างในการคำนวณ เงื่อนไขมีดังนี้: LED:3W LED สีขาว รุ่น MCCW022, RJC=16°C/W หัววัดเทอร์โมคัปเปิลชนิด K เชื่อมกับแผ่นระบายความร้อน
บอร์ดทดสอบ PCB: บอร์ดเคลือบทองแดงสองชั้น (40 × 40 มม.), t = 1.6 มม., พื้นที่ชั้นทองแดงของพื้นผิวการเชื่อม 1180 มม.2พื้นที่ชั้นทองแดงด้านหลัง 1600 มม2-
สถานะการทำงานของ LED: IF-500mA, VF=3.97V
วัด TC=71℃ ด้วยเทอร์โมมิเตอร์แบบจุดเทอร์โมคัปเปิลชนิด K อุณหภูมิแวดล้อม TA = 25 ℃
1. TJ ถูกคำนวณ
TJ=RJC x PD+TC=RJC (ถ้า x VF)+TC
ทีเจ=16°C/วัตต์(500mA×3.97V)
+71°C=103°C
2.RBA มีการคำนวณ
RBA=(TC-TA)/PD
=(71°C-25°C)/1.99W
=23.1℃/วัตต์
3. คำนวณ RJA
RJA=RJC+RBA
=16°C/กว้าง+23.1°W
=39.1℃W
หาก TJmax ที่ออกแบบคือ -90°C ค่า TJ ที่คำนวณตามเงื่อนไขข้างต้นไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดการออกแบบได้ จำเป็นต้องเปลี่ยน PCB ให้กระจายความร้อนได้ดีขึ้นหรือเพิ่มพื้นที่กระจายความร้อน จากนั้นทดสอบและคำนวณอีกครั้งจนกระทั่ง TJ≤TJmax
อีกวิธีหนึ่งคือ เมื่อค่า UC ของ LED สูงเกินไป VF=3.65V เมื่อเปลี่ยน RJC=9℃/WIF=500mA เงื่อนไขอื่นๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง T) สามารถคำนวณได้ดังนี้:
TJ = 9 ℃ / วัตต์ + 71 ℃ (500 มิลลิแอมป์ * 3.65 โวลต์) = 87.4 ℃
มีข้อผิดพลาดบางประการในการคำนวณ 71 ℃ ข้างต้น ควรเชื่อม LED 9 ℃ W ใหม่เพื่อทดสอบ TC อีกครั้ง (ค่าที่วัดได้น้อยกว่า 71 ℃เล็กน้อย) มันไม่สำคัญจริงๆ หลังจากใช้ LED 9°C/W ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนวัสดุและพื้นที่ PCB ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ
แผ่นระบายความร้อนที่ด้านหลังของ PCB
หาก TJmax ที่คำนวณได้มีขนาดใหญ่กว่าข้อกำหนดการออกแบบมากและโครงสร้างไม่อนุญาตให้มีพื้นที่เพิ่มเติม ให้ลองติด PCB กลับไปที่โปรไฟล์อะลูมิเนียมรูปตัว "U" (หรือการปั๊มแผ่นอะลูมิเนียม) หรือติดเข้ากับแผงระบายความร้อน ทั้งสองวิธีนี้มักใช้ในการออกแบบหลอดไฟ LED กำลังสูงหลายดวง ตัวอย่างเช่น ในตัวอย่างการคำนวณข้างต้น แผ่นระบายความร้อน 10°C/W จะถูกวางที่ด้านหลังของ PCB โดยมี TJ=103°C และ TJ จะลดลงเหลือประมาณ 80°C
ควรสังเกตว่า TC ข้างต้นวัดที่อุณหภูมิห้อง (โดยทั่วไปคือ 15~30°C) หากอุณหภูมิโดยรอบของหลอดไฟ LED TA มากกว่าอุณหภูมิห้อง TJ จริงจะสูงกว่า TJ ที่คำนวณได้ซึ่งวัดได้ที่อุณหภูมิห้อง ดังนั้นควรพิจารณาปัจจัยนี้ในการออกแบบ หากทำการทดสอบในเทอร์โมสตัท วิธีที่ดีที่สุดคือปรับอุณหภูมิให้เป็นอุณหภูมิแวดล้อมสูงสุดขณะใช้งาน
นอกจากนี้ ไม่ว่าจะติดตั้ง PCB ในแนวนอนหรือแนวตั้ง เงื่อนไขการกระจายความร้อนจะแตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อการวัด TC บางประการ วัสดุเปลือก ขนาด และรูกระจายความร้อนของหลอดไฟก็ส่งผลต่อการกระจายความร้อนเช่นกัน ดังนั้นจึงควรมีความคล่องตัวในการออกแบบบ้าง
เวลาโพสต์: 23 มี.ค. 2022
