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        如何降低LED照明基板的热度

        时间:2019-02-15 08:31:01来源:不详 作者:电子爱好者 点击:
        高功率LED过热会对芯片的使用寿命产生巨大影响因此此类芯片的制造商建议采用热管理技术将器件的工作温度保持在建议的最大值以下一种技术是将大体积的铝制或铜制散热器

        高功率LED过热会对芯片的使用寿命产生巨大影响因此此类芯片的制造商建议采用热管理技术将器件的工作温度保持在建议的最大值以下

        一种技术是将大体积的铝制或铜制散热器连接到照明组件但这会增加显着的费用和重量并占用空间修改安装LED的印刷电路板PCB可以改善热管理从而可以使用更小和更便宜的散热器甚?#37327;?#20197;消除低于5 W的LED

        LED封装热阻

        将LED的结温从75°C加倍到150°C可将其寿命缩短70以上图1曲线族代表不同的环境温度Tair更糟糕的是在给定的正向电压和正向电流下升高的温度会降低器件的光输出

        如何降低LED照明基板的热度

        图1随着结温的升高大功率LED寿命降低 礼貌Cree

        LED照明工程师必须考虑热管理策略添加散热器会有所帮助但设计人员应首先考虑对PCB进行相对便宜的修改以改善散热

        LED结温可以使用以下公式计算

        Tj = Tair +Rth ja x Pd

        其中

        Tj =结温°C;

        Tair =环境温度温度°C;

        Rth j-air = LED结与环?#25345;?#38388;的热阻°C/W;

        Pd = LED消耗的功率=正向电压Vfx正向电流If V x A

        该公式表明对于在给定环境温度下运行的设备降低热阻会降低温度简单地说通过提供散热的路径芯片可以保持冷却

        LED照明组件的热阻是从结点到外界的热路径中不同材料的热阻之和让我们假设一个单独的散热器不是设计的一部分;相反PCB将成为唯一的热量损失设备

        因此组件的总热阻为

        Rth j-air = Rth j-sp + Rth sp-pcb

        其中

        Rth j-sp = LED结点与之间的热阻PCB上的LED安装焊盘;

        Rth sp-pcb =焊盘与PCB底面之间的热阻

        Rth j-sp由制造商提供的芯片封装决定图2显示了Cree XLamp XP LED的封装表1详细说明了其热阻单位为°C/W.虽然设计工程师无法直接控制Rth j-sp但其价值因制造商而异并且在选择大功率LED时需要考虑的重要数字例如欧司朗提供其OSTAR系列其中包括Rth j-sp约为5°C/W的高功率白光LED

        如何降低LED照明基板的热度

        图2Cree XLamp XP LED封装

        如何降低LED照明基板的热度

        表1Cree XLamp LED的典型热阻°C/W值

        降低PCB热阻

        FR-4是迄今为止最常见的PCB基板是一种阻燃玻璃纤维增强?#36153;?#26641;脂层压板这使得它成为一种坚固刚性?#23376;?#21152;工的材料用于制造电路板但是导热性差为了证明FR-4的热?#38405;?#26377;多糟糕让我们用下面的公式计算它的热阻

        Rth sp-pcb = l/kx A1

        其中

        l = FR-4厚度m;

        k =导热系数W/mK;

        A =热源垂直面积

        举例说明LED的导热垫安装在PCB上的焊盘上尺寸为10 x 10 mm厚度为1.6 mm热导率为0.2 W/mK热阻为80°C/W 请注意这种计算是近似值因为它没有考虑LED和PCB之间界面的导电性散热对流热阻或边界条件

        这是一个非常高的热阻会可能导致高功率LED快速过热

        但是有一个相对简单的修改可以显着改善这种情况在LED焊盘安装座?#36335;降PCB上添加所?#38477;?#28909;通孔图3可降低基板的热阻这种技术更具成本效益因为在PCB制造过程中通常会将许多过孔作为电路元件进行钻孔 - 因此在设计中添加更多过孔会带来最小的额外成本

        如何降低LED照明基板的热度

        图3带有热过孔的FR-4横截面不按比例 礼貌Cree

        为了获得最佳效果LED制造商推荐一系列散热孔位于LED散热垫正?#36335;?#22402;直于LED导热垫这通过提供多个协同工作的热路径以及限制热量扩散到PCB的其余部分来最小化电阻

        除了优化几何外热过孔的功效还取决于它们的结构例如如果通?#36164;?#31354;心的则它们具有比填充有固体铜焊料或导电?#36153;?#26641;脂的通孔更高的热阻考虑一个典型的0.6毫米直径的焊料填充焊料通常在镀铜的通孔通过焊接机时发生

        与LED导热垫垂直的直径为0.6毫米的区域为0.28mm²焊料的导热率约为58 W/mK使用公式1ݣ这种通孔在1.6mm厚的PCB中的热阻为97.5°C/W.

        每个单独的通孔似乎都不会影响散热但总的?#27492;LED的导热垫下面有多个过孔过孔会影响温度例如如果阵列包括五个热通孔则与热源垂直的面积增加五倍因此组合的热阻降至19.5W/K.容源电子网为你提供技术支持本站网址www.qj5v.com

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