Witam,
na forum był już poruszany temat projektowania PCB.
Chcę zdobyć dokładną wiedzę, jak najlepiej projektować obwód PCB wykorzystujący diody LED.
Producenci LEDów podają, że temperatura pracy złącza nie powinna przekraczać około 55 stopni
(w przypadku ciągłej pracy przez 5 lat).

Moje pytania są następujące:

1. Jak bardzo duża jest zależność pomiędzy powierzchnią PCB, a mocą wytwarzaną na PCB?
Czy zna ktoś tabelę odwzorowującą tą zależność lub pomocne wzory?

2. Jakiej grubości laminat FR4 należy stosować w zależności od prądów LED (standard: 60mA, 150mA, 350mA)?

3. W jaki sposób wykonywać polygony pod padami LED, aby mieć pewność, że złącze nie będzie się grzać?


Przykładowo posiadam pasek PCB 245x10 ( 24,5cm2), gdzie przez diody płynie prąd 40mA (jest 8 części połączonych równolegle, co daje 8x40=320mA całkowitego prądu). Przy zasilaniu 12V daje to moc wydzielaną 3,84W na 24,5cm2.
Przy prądzie 40mA pasek grzeje się, ale nie tak drastycznie, ale już dla prądu max. dla diod 60mA pasek po krótkim czasie potrafi się nagrzać bardzo (60mAx8=480mA; przy 12V daje to moc 5,76W).

Wiadomo, że jeśli PCB jest przykręcone do profilu aluminiowego, to profil przyjmie to ciepło, ale nie wiem jak dokładnie to wszystko obliczać.
Może jest jakaś książka opisująca takie zależności?

Będę wdzięczny za pomoc w tym temacie

--- Proszę uważnie czytać nazwy działów przed napisaniem postu jak również jeśli jest to temat zasadami danego działu na forum !!!! --> SunRiver

Wiesz co, to zależy od tego o jakich diodach mówimy. Jeśli chodzi Ci o małe diody, takie które pobierają prąd powiedzmy do 100mA to ja bym się specjalnie tymi zagadnieniami nie przejmował. Takie diody nie będą w stanie, w normalnych warunkach oczywiście, nagrzać się to wysokich temperatur choć mogą być ciepłe, czasem nawet wyraźnie ciepłe.
Przykładem mogą być taśmy, ze słynnymi magicznymi ledami, które robią furorę na forum (i nie tylko). Diody takie, przy pełnym wysterowaniu pracują z prądami około 80mA na diodę. W handlu występują taśmy 30, 60 a nawet 144 takie diody na metr. Jakoś diody nie ulegają uszkodzeniu, choć przy ciągłej pracy z maksymalnym prądem oraz przy bardzo gęstej taśmie dobrze by było rozważyć takie kwestie.

Zupełnie inaczej ma się rzecz jeśli operujemy diodami pracującymi z prądami rzędu 500mA, 1500mA i więcej. Są takie diody. Często są to całe matryce o sumarycznej mocy do kilkuset watów! Taka dioda, nawet kilku watowa, musi być zaopatrzona w radiator np. aluminiowy, który zapewni oddanie sporego ciepła które ona wytwarza. Ale nawet wtedy jej złącze nagrzewa się do temp. kilkudziesięciu stopni i jest to całkowicie normalne.
Diody takie montowane albo bezpośrednio do radiatorów, albo na specjalnym miedzianym lub aluminiowym laminacie, który jest tak na prawdę grubą blachą z odizolowanymi ścieżkami.

Nie bardzo wiem o co chodzi Ci z grubością laminatu w funkcji prądu. Jeśli mówimy o prądzie i PCB to raczej chodzi zwykle o szerokość ścieżki. Są na to wzory i pewne zasady. Generalnie im większy prąd tym szersza ścieżka. Czasem aby zwiększyć rozpraszanie ciepła na PCB (np. obecność grzejących się kluczy, elementy mocy, stabilizatory, itd.), stosuje się przelotki termiczne. Czyli metalizowane przejścia z jednej strony płytki na drugą. Ich obecność znacząco poprawia transport ciepła na drugą stronę (która np. prawie cała jest poligonem masy), przy odpowiednim projekcie takie sposób daje dużą przewodność cieplną a nawet pozwala na umieszczenie całego PCB na radiatorze.

Moc cieplna przy diodach led, jeśli ją oceniasz, nie jest mocą wynikającą z pomnożenia prądu i napięcia. Dioda w końcu świeci i pewną część dostarczonej mocy zamienia w światło (większość niestety w ciepło).

Jeśli chodzi o grubość laminatu, to mam na myśli kwestię tego czy np. grubość 70um zamiast standardowej 35um znacznie poprawi przewodność cieplną i odprowadzenie ciepła z laminatu. Uważam, że na pewno grubość ma wpływ także na grzanie się ścieżek.
Co do mocy wydzielanej, to podałem ogólnie jak to wygląda. Zgadzam się, że tylko pewną część mocy dioda zamienia w światło, a resztę na ciepło.
Przeważnie używam diod 0,2W 60mA i są one umieszczone w odległości 10mm od siebie.

A to niezrozumiałem pytania bo pisałeś o grubości laminatu, a nie o grubości warstwy miedzi. Oczywiście, że im grubsza warstwa miedzi tym lepiej będzie przewodziła ciepło i tym większe prądu można po niej prowadzić. Ale w zakresie prądów o których piszesz, to to nie ma, moim zdaniem, większego znaczenia.
200mW... No to powiedzmy, że ciepła będzie z tego połowa. To nam daje 100mW ciepła. Sama dioda to rozproszy, a jeszcze ścieżki do do tego... Ja bym się kompletnie nie przejmował.
Jakby to miały być diody które jadą przy prądach 350mA no to tak i wtedy bym pewnie użył przelotek termicznych na drugą stronę PCB.
Wczoraj robiłem przetwornicę do diod mocy. (impulsowy stabilizator prądu) Jest tak układ, który oczywiście nieco się grzeje, generalnie ma bardzo dużą sprawność bo ponad 90% ale przy prądzie 1A i na pięciu ponad 15V trochę się grzeje. Dwie takie przelotki załatwiły sprawę. Płytka 2 x 2 cm jako całość lekko ciepła. Na pewno oddaje około 1 W.

Pod Androida jest taki program electrodroid. Tam jest możliwość wyliczenia szerokości śćieżki w zależności od temperatury, prądu i napięcia. Pobaw się tym jeśli masz możliwość

_________________
Pomysły na podpis - wyślij SMSa +1 769 243 0011