Diseño de PCB para LED de alta potencia

El paquete para este LED consta de dos cadenas aisladas de dos LEDs cada una. En la "configuración recomendada de la almohadilla de soldadura de PCB de 12 V", las dos cadenas se conectan en serie a través de la almohadilla térmica, como se ve en el diagrama a continuación. Los pares superior e inferior de pines de ánodo y cátodo están no conectados internamente entre sí, por lo que no hay un "corto" creado por el diseño recomendado.

Consulte la página 32 de la hoja de datos para obtener más información.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

¿Por qué seleccionaste este LED? Está diseñado para un producto muy especializado, que necesita muchos lúmenes en un espacio pequeño, como un foco o una luz de calle.

No tiene que disipar todos los 18.375 vatios (12.25 V a 1.5 A) porque aproximadamente el 45% de la energía eléctrica se disipa en vatios radiantes (luz), lo que deja que solo el 55% de la energía eléctrica se disipe como térmica. vatios (calor).

Por cierto, no puede ejecutar estos a 12V y 1.5A. El V _f típico es 12V @ 1200 mA.

  

¿Es una mala idea colocar esto en una pequeña tabla de separación de 2 capas? yo   planea hacer un plano de tierra en ambas capas, pero esto sigue siendo un mal   ¿Idea sin un disipador de calor o PCB de aluminio?

Sí, es una muy mala idea usar una PCB pequeña sin disipador de calor.
No puede disipar razonablemente 9 vatios utilizando la superficie de PCB. Una PCB pequeña con un disipador térmico es más rentable.

Este es un pequeño PCB con LEDs Luxeon Rebel que disipan 1.5 vatios de calor. El PCB tiene backs de cobre y vías térmicas. Los LED están espaciados a 0.75 "de distancia en una tira ancha de 0.7".

EsteLEDdebeenfriarseconundisipadortérmicoenfriadoporaguaconunvolumensuficientedeaguaporminuto.

AquíconectéelPCBaunabarradecobreyconectélabarraaunatuberíadeaguadecobre.Estofueenrealidadundisipadordecaloreconómicoconuncostodematerialesdeaproximadamente$3porpie.Laperforacióndelosorificiosyelmontajedelabarradecobreexigíanmuchotrabajo.

InstalélabarraenelladoLEDdelaPCBparaevitarlasineficientesmedidastérmicas.

Utilicédos(encasodequeunafalla)bombasdeaguasumergiblespequeñas(1gal/minuto)

EsteeselmejordiseñopasivoutilizadoparaenfriarunaPCBpequeña:unatirade9mm(0.35") de ancho.

Una tira de aluminio de 0.062 "de grosor que es de 1.35" de ancho montada en el lado del LED que separa el calor de cobre. Los LEDs mirando hacia abajo y las aletas hacia arriba. Esto también se puede usar cuando los LED y las aletas están orientados hacia los lados.

Este 1 "x 12" heatsink cuesta $ 5.

SugeriríausarunLEDdemenorpotenciayextenderlosLEDsiesposible.LosLEDdemenorpotenciasonmáseficientesdondepuedendisiparhastael80%delaenergíaeléctricaenvatiosradiantes.

UnSamsungLM301BdepotenciamediaescasieldobledeeficientequeesteCreeXHP50.

ElLEDdealtapotenciamáseficienteeselCreeXP-G3,peronotaneficientecomoelLM301Bdepotenciamedia,queeselLEDblancomáseficiente.

LosLM301Bnonecesitanundisipadordecalorcuandoseconducenaplenapotencia(200mA)enunatirade1"de ancho.

Este PCB es de 100 mm x 100 mm con 45 LED de potencia media que proporcionan 1.700 lúmenes a 65 mA cada uno. Esta placa utiliza un total de 8 vatios eléctricos y genera un total de aproximadamente 2 vatios térmicos. No se requiere disipador de calor.

Setratadebienesraíces.¿Realmentenecesitasmetertodosesoslúmenesenunáreapequeña?

LamayoríadelosprofesionalesusanLEDdepotenciamediacuandohacenbombillas:

vatios son vatios de pared

Para abordar la segunda parte de la segunda sección de su pregunta:

\ $ R_ {j-a} \ $ es la resistencia térmica de Junction to Ambient.

Las diferentes líneas son las curvas de desclasificación para diferentes resistencias térmicas totales: a medida que coloca un mejor disipador de calor (inferior \ $ R_ {ja} \ $) en su LED, puede ejecutar su LED en una temperatura ambiente más alta antes de que necesites reducir la corriente máxima que pasas a través de él.

Iría con la almohadilla inferior en la página 31, y usaría vías para ayudar a conducir el calor desde las 8 almohadillas de tierra a una almohadilla de tierra grande debajo de la parte (lado opuesto de la placa). También use una almohadilla de tierra alrededor de la pieza para ayudar a disipar el calor.

Observe las características de encendido de ese transistor: todo está en mA. Esa parte se quemará a 1.5A.

En su lugar, utilice un MOSFET de nivel N, nivel lógico, Rds bajo, como AOD510 o AOD514 de Digikey

enlace

Este LED que el Op ha elegido puede manejarse al 30% del ciclo de trabajo en mi diseño. A continuación, a 3 amperios para una ambulancia en MCPCB con un aumento de calor aceptable. El ángulo de visión @ 50% es 120 grados en lugar de 160 grados de Lambertian. Por lo tanto, es una buena vista de inundación o gran angular con un 50% de ganancia en la lente o una luz puntual a corta distancia.

\$R_{ja}=R_{jc}+R_{ca}\$pararesistenciatérmicadeldisipador\$R_{ca}\$

MiregladeoroparalosLEDespermitir100cm²/WporWattPdenladispersióndecalordecobredePCBy10cm²/WparaMCPCB.

Peroeláreadesuperficiedelemisordecalorhaceunagrandiferencia,especialmenteSOT23querequieremásárea,dependiendodeRce,queexplicomásadelante.

PerodebedefinirelaumentodelatemperaturadelestucheparaunbuendiseñoyTamáxparaelambienteinterno,comoelaumentode<30'Ca30'Coelaumentode<20'C@40'CparadeterminarelLEDmáximoactualyespecificaciónRca.Delocontrario,unaTmásalta"puede" ser aceptable pero compromete la calidad del diseño.

El disipador térmico 2'C / W adicional es mejor para una mayor área de superficie.
MCPCB puede ser más rentable que el disipador de calor adicional grande, según el caso que tenga, que puede (afectar negativamente a Rja) aislar la refrigeración ambiental.

La opción de transistor puede ser mala ya que Rce (sat) = 0.085V_ce / 1.4A_ce = 60 mΩ (max) con 0.14A_be. (Ic / Ib = 10 para las opciones Vsat y = Ic / Ib = 100 eleva el Rce a 80 mΩ

por lo tanto, I²Rce = 1.4² 80 mA = 157 mW, Ra = FR − 4 @ 100 mm², 1 oz. Rastros de cobre. NPN Rja 270'C / W para que T aumente = 270 * .157W = 42'C aumente con una difusión de calor de cobre de 100 mm².
 Rce o RdsOn del controlador 10mΩ es 10/60 Ω por lo que el área de cobre se puede reducir a 100/6 = 17mm².

Anecdotal

Tiendo a reutilizar diseños. Utilizando una sierra de cinta, corte grandes matrices en una tira de LEDs en una PCB recubierta de alumbre usada para ambulancias en Canadá. Observe el área de doble cara por LED. La superficie tiene un revestimiento epoxi sobre pistas de cobre que no afecta la resistencia térmica. Sin embargo, el FR4 es un aislante térmico y eléctrico grueso. Encenderlos con cables largos es fácil, ya que el RI de cada LED de 3W pulsado es < 300 mOhms, por lo que la resistencia del cable permite el funcionamiento en paralelo desde casi el mismo voltaje de caída con la distribución de cables domésticos AWG 16 alrededor de la cerca. Los LED de tira son más fáciles de instalar pero mucho menos correctos, por lo que estos son focos locales de 1 ~ 2 m. El montaje invertido en una cubierta de cedro oculta la fuente de luz. Como no se utilizó ningún disipador de calor adicional, utilicé corrientes conservadoras para 1W por LED (< 300 mA) y solo están calientes al tacto con aire de convección libre, que marca la diferencia. (la mayoría de los techos con luces de chip LED quemarían tu dedo si pudieras tocarlos debido a la falta de aire forzado o al flujo de aire libre en el disipador).

Los uso para luminarias ocultas alrededor del jardín y son muy brillantes con 0.5 a 1A. Yo uso un regulador de voltaje variable SMPS. El Epoxi se quita fácilmente con una cuchilla Exacto y se suelda con alambre de imán y luego con un poco de Poliuretano para un alivio de tensión y para la protección del medio ambiente de la soldadura en exteriores. Obtuve más de 2K LED en tableros de gran tamaño, casi gratis $ 10 de una tienda de chatarra de aluminio. Aproximadamente el 0,1% de los LED estaban "casi malos" (menor intensidad en uno de los 48). Estos fueron vendidos como chatarra. Los obtuvieron de una tienda de la junta local. Entonces ... recorra las tiendas de chatarra en las principales ciudades y dígales que comprará chatarra en el futuro con estos LED mal vistos. Estos tienen lentes de plástico para reducir el haz de luz para una mayor visibilidad, pero son excelentes focos.