Hiện nay, có ba loại PCB được ứng dụng đèn LED công suất cao để tản nhiệt: bảng phủ đồng hai mặt thông thường (FR4), bảng đồng nhạy cảm dựa trên hợp kim nhôm (MCPCB), bảng PCB màng linh hoạt có chất kết dính trên bảng hợp kim nhôm.
Hiệu ứng tản nhiệt có liên quan đến lớp đồng, độ dày của lớp kim loại và độ dẫn nhiệt của môi trường cách điện. MCPCB với lớp đồng 35um và hợp kim nhôm 1,5mm thường được sử dụng. PCB linh hoạt được dán vào tấm hợp kim nhôm. Tất nhiên, MCPCBS có độ dẫn nhiệt cao có hiệu suất nhiệt tốt nhất, nhưng giá cũng ngày càng tăng.
Ở đây, một số dữ liệu được lấy từ ví dụ ĐO TC của Công ty NICHIA làm ví dụ tính toán. Các điều kiện như sau: LED:Đèn LED trắng 3W, model MCCW022, RJC=16oC/W. Đầu đo nhiệt kế điểm cặp nhiệt điện loại K được hàn vào tản nhiệt.
Bảng kiểm tra PCB: bảng phủ đồng hai lớp (40 × 40mm), t = 1,6mm, diện tích lớp đồng của bề mặt hàn 1180mm2, diện tích lớp đồng của mặt sau 1600mm2.
Trạng thái làm việc của đèn LED: IF-500mA, VF=3,97V
TC=71oC được đo bằng nhiệt kế điểm cặp nhiệt điện loại K. Nhiệt độ môi trường xung quanh TA = 25oC
1. TJ được tính
TJ=RJC x PD+TC=RJC (IF x VF)+TC
TJ=16oC/W(500mA×3,97V)
+71oC=103oC
2.RBA được tính toán
RBA=(TC-TA)/PD
=(71°C-25°C)/1,99W
=23,1oC/W
3. RJA được tính toán
RJA=RJC+RBA
=16°C/W+23,1°W
=39,1oCT
Nếu TJmax thiết kế là -90oC thì TJ tính theo các điều kiện trên không thể đáp ứng yêu cầu thiết kế. Cần phải thay đổi PCB có khả năng tản nhiệt tốt hơn hoặc tăng diện tích tản nhiệt của nó, đồng thời kiểm tra và tính toán lại cho đến khi TJ<TJmax.
Một phương pháp khác là khi giá trị UC của đèn LED quá lớn, VF=3,65V khi thay thế RJC=9oC/WIF=500mA, các điều kiện khác không thay đổi, T) có thể được tính như sau:
TJ = 9oC / W + 71oC (500 ma * 3,65 V) = 87,4oC
Có một số lỗi khi tính toán 71oC ở trên, nên hàn đèn LED 9oC mới để kiểm tra lại TC (giá trị đo được nhỏ hơn 71oC một chút). Nó không thực sự quan trọng. Sau khi sử dụng đèn LED 9oC/W, không cần thay đổi vật liệu và diện tích PCB, đáp ứng yêu cầu thiết kế.
Tản nhiệt ở mặt sau của PCB
Nếu TJmax tính toán lớn hơn nhiều so với yêu cầu thiết kế và cấu trúc không cho phép thêm diện tích, hãy cân nhắc việc dán PCB trở lại profile nhôm hình chữ “U” (hoặc dập tấm nhôm) hoặc dán vào tản nhiệt. Hai phương pháp này thường được sử dụng trong thiết kế nhiều đèn LED công suất cao. Ví dụ: trong ví dụ tính toán ở trên, tản nhiệt 10oC/W được dán ở mặt sau của PCB với TJ=103oC và TJ của nó giảm xuống khoảng 80oC.
Cần lưu ý ở đây rằng TC trên được đo ở nhiệt độ phòng (thường là 15 ~ 30oC). Nếu nhiệt độ môi trường xung quanh của đèn LED TA lớn hơn nhiệt độ phòng thì TJ thực tế sẽ cao hơn TJ tính toán đo được ở nhiệt độ phòng, vì vậy yếu tố này cần được xem xét trong thiết kế. Nếu thử nghiệm được thực hiện trong bộ điều nhiệt, tốt nhất nên điều chỉnh nhiệt độ đến nhiệt độ môi trường cao nhất khi sử dụng.
Ngoài ra, dù PCB được lắp đặt theo chiều ngang hay chiều dọc thì điều kiện tản nhiệt của nó đều khác nhau, điều này có ảnh hưởng nhất định đến phép đo TC. Chất liệu vỏ, kích thước và lỗ tản nhiệt của đèn cũng có ảnh hưởng tới khả năng tản nhiệt. Vì vậy, cần có sự linh hoạt trong thiết kế.
Thời gian đăng: 23-03-2022
