Turėdamas 20 metų patirtį plataus vartojimo elektronikos ir PCB gamybos srityje, peržiūrėjau tūkstančius lubinių šviestuvų rinkinių. Šis vadovas apima medžiagų pasirinkimą, šilumos valdymą, tvarkyklių topologijas ir atitikties reikalavimus, būdingus lubų šviestuvų PCBA konstrukcijai.

Ką turi padaryti lubų šviestuvas PCBA

Lubų šviestuvas PCBA (spausdintinės plokštės mazgas) valdo ir maitina LED šviesos šaltinį. Skirtingai nuo pliko PCB, PCBA sudaro visi komponentai, prilituoti ant plokštės – šviesos diodai, tvarkyklės, rezistoriai, kondensatoriai ir jungtys.

Pagrindinės lubų šviestuvų PCBA funkcijos:

- kintamosios srovės į nuolatinės srovės konvertavimas (jei integruota tvarkyklė):Paverčia 110-277 V kintamą srovę į žemos įtampos nuolatinę srovę šviesos diodams

- Nuolatinis srovės reguliavimas:Išlaiko stabilią LED srovę nepaisant įėjimo įtampos svyravimų

- Šilumos valdymas:Praleidžia šilumą nuo LED jungčių, kad išvengtų ankstyvo gedimo

- Pritemdymo valdymas (pasirinktinai):Sąsajos su sieniniais reguliatoriais (0–10 V, TRIAC arba PWM)

Skirtumas nuo pliko PCB:Ant pliko PCB yra vario pėdsakų ir trinkelių, bet nėra komponentų. PCBA yra visiškai surinkta ir paruošta montuoti į šviestuvą.

Pagrindinės techninės specifikacijos

Įvesties galios parametrai

Parametrų Standartinis diapazonas Didelio našumo diapazonas Įvesties įtampa (AC) 110–120 V (JAV) arba 220–240 V (ES) 90–277 V (universalus) Įvesties dažnis 50/60 Hz50/60 Hz Galios koeficientas (PF)>0,70 (vartotojas.9) (THD) < 20 % < 15 % (DLC reikalavimas) Apsauga nuo viršįtampių 1 kV (pagrindinė) 2–4 kV (komercinė)

Galios koeficiento ir THD reikalavimai pagal Energy Star ir DLC standartus.

LED išvesties specifikacijos

Parametras Maža galiaVidutinė galiaDidelė galia Bendras šviesos srautas800-1500 lm (pakeičia 60W kaitrinę lempą)1500-3000 lm3000-5000 lm+LED skaičius18-4848-100100-200+LED Srovės mA300-700 mATbendra galia8-15W15-30W30-60W

Fizinės specifikacijos

Parametras FR4 Standartinė aliuminio MCPCBBlentė ShapeApvali, kvadratinė arba pritaikytaApvali, kvadratinė arba pritaikyta Skersmuo (įprastas apvalus) 100–300 mm100–300 mm Vario svoris 1 uncija (signalas), 2 uncijos (galia) 1–2 uncijos Sluoksnių skaičius2 sluoksniai (dažniausiai) 1–2 sluoksniai. W/m·K1-9 W/m·K

PCB medžiagos pasirinkimas: FR4 prieš aliuminio MCPCB

Pasirinkimas tarp FR4 ir aliuminio MCPCB (Metal Core PCB) yra svarbiausias sprendimas kuriant lubų šviestuvų PCBA dizainą.

Palyginimo lentelė

CharakteristikaFR4 PCBAAliuminio MCPCBŠiluminis laidumasPrastas (0,3–0,5 W/m·K) Nuo gero iki puikaus (1–9 W/m·K) Svoris Lengvas VidutinisKaina (mažas tūris) Mažesnis Vidutinis (30–50 % didesnis nei FR4) Šviesos diodo veikimo trukmė esant 150 mA30,0,0000 val. Taikymas Mažos galios (<12 W), keičiama lemputė Vidutinės ir didelės galios lubų šviestuvai

Sprendimų matrica

Lubų lempos galia Rekomenduojama PCBA medžiaga Priežastis 5W-12W (mažas įleidžiamas montavimas)FR4 (2 sluoksnių) Mažesnė kaina, priimtina šiluma 12W-25W (standartinės lubos) Aliuminis MCPCB (1-2 W/m·K) Šilumos valdymas kritinis25W-50W (didelės plokštės)W LED našumas/ perkaitimas50 W+ (komercinis) Aukščiausios kokybės aliuminio (5–9 W/m·K) arba vario šerdisPrivalomas dėl patikimumo

Nykščio taisyklė:Lubiniams šviestuvams, kurių galia viršija 15 W, naudokite aliuminio MCPCB. FR4 sukels ankstyvą šviesos diodo gedimą dėl šilumos kaupimosi.

Lubų apšvietimo PCBA tvarkyklės topologija

Lubų šviestuvų PCBA naudojamos dvi pagrindinės tvarkyklės architektūros: integruota (komponentai toje pačioje plokštėje) arba nuotolinė (atskira tvarkyklės plokštė).

Integruota ir nuotolinė tvarkyklė

Aspektas Integruota tvarkyklė (COB arba linijinė) Nuotolinė tvarkyklė (atskira plokštė) Tvarkyklės vieta Ant tos pačios PCBA kaip ir šviesos diodai Atskira plokštė, prijungta laidais Tipinė galia5W-25W15W-100W+Efektyvumas80-88%85-93%Mirgėjimo našumasGali būti prastas (ACPuikus tinkamas linijinis filtras) tik)Platus (0-10V, TRIAC, DALI)Mažesnės (vienos plokštės)Aukštesnės (dvi plokštės)Geriausias sąnaudoms jautriems, nepritemdomiems šviestuvams Komercinis, pritemdomas, didelės galios

Pastovi srovė ir pastovi įtampa

Tvarkyklės tipas Geriausias PrivalumaiTrūkumaiNuolatinė srovė (CC)Tiesioginės pavaros šviesos diodų eilutės Paprastesnės, mažiau komponentų Šviesos diodų skaičius turi atitikti tvarkyklės įtampąPastovi įtampa (CV)Moduliniai šviestuvai su keliomis plokštėmis Standartinė 12V/24V, lengva išplėsti Reikalingi atskiri srovę ribojantys rezistoriai

Rekomendacija lubiniam šviestuvui PCBA:Integruotiems projektams naudokite nuolatinės srovės tvarkyklės topologiją. Jis užtikrina stabilią LED srovę be papildomų rezistorių.

Šilumos valdymas lubų šviestuvams PCBA

Šiluma yra pagrindinis LED tarnavimo laiko priešas. Kaskart 10°C sumažinus LED sankryžos temperatūrą, tarnavimo laikas padvigubėja.

Šiluminio kelio projektavimas

Šiluminis kelias lubų šviestuvui PCBA seka šią seką:

LED jungtis → LED terminis padas → PCBA varis → dielektrinis sluoksnis (MCPCB) → aliuminio pagrindas → armatūros korpusas → kambario oras

Silpniausia grandis:Dielektrinis sluoksnis (izoliacija tarp vario grandinės ir aliuminio pagrindo). Standartinis dielektrikas turi 1-3 W/m·K laidumą. Aukščiausios kokybės dielektrikas pasiekia 5-9 W/m·K.

LED trinkelių projektavimo taisyklės

Konstrukcijos elementasReikalavimas Šiluminės angos po LED9-12 (0,3 mm skersmens) didelės galios LEDVia užpildymas Užpildytas ir uždengtas (galima lituoti viršuje) Vario padėklo dydis Mažiausias 2x LED šiluminės pagalvėlės dydis Litavimo aprėptis 80–90 % šiluminio padėklo ploto (rentgeno spinduliuotės patikra) Tuščios paklaidos 25 % Didžiausias plotas

Terminis patikrinimas

Gamybos testas:Surinkę lubų šviestuvą įjunkite visu galingumu 1 valandą. Išmatuokite temperatūrą prie LED trinkelių infraraudonųjų spindulių kamera.

Temperatūra (LED trinkelė) LaipsnisNumatytas tarnavimo laikas<50°Cpuikus 70 000+ valandų50-60°CGeras50 000-70 000 valandų60-70°CPriimtinas 30 000-50 000 valandų>70° CGedimų rizika <20,00 val.

PCB išdėstymo taisyklės lubiniams šviestuvams PCBA

1 taisyklė: simetriškas LED išdėstymas

Tolygiai pastatykite šviesos diodus ant PCBA, kad išvengtumėte karštų taškų ir užtikrintumėte vienodą šviesos pasiskirstymą. Apvaliems lubų šviestuvams:

- Išdėstykite šviesos diodus koncentriniais apskritimais

- Vienodas atstumas tarp gretimų šviesos diodų

- Išlaikykite pastovų atstumą nuo lentos krašto

2 taisyklė: trumpi didelės srovės pėdsakai

Didelės srovės pėdsakai (LED galia ir įžeminimas) turi būti kuo trumpesni ir platesni. Apskaičiuokite reikiamą plotį:

2 uncijos vario, temperatūra pakyla 20°C:

- Plotis (miliai) = srovė (A) × 35

Pavyzdys: 300 mA (0,3 A) pėdsakas → 0,3 × 35 = mažiausiai 10,5 mylių (0,27 mm)

Pridėkite 50% saugos ribą:Naudokite 16 mylių (0,4 mm) 300 mA pėdsakams.

3 taisyklė: Atskirkite AC ir DC sekcijas

Jei PCBA yra integruotas AC-DC keitiklis:

- Laikykite kintamosios srovės įvestį (aukštą įtampą) viename plokštės krašte

- Išlaikykite 3 mm atstumą tarp kintamosios srovės ir žemos įtampos nuolatinės srovės pėdsakų

- Jei vietos mažai, naudokite fizinį PCB plyšį arba griovelį

4 taisyklė: Vario užpylimas žemei

Šviesos diodų grąžinimui naudokite kieto vario užpilą ant viršutinio sluoksnio (MCCB, grandinės sluoksnio). Tai sumažina įtampos kritimą ir pagerina šilumos sklaidą.

5 taisyklė: Daisy-Chain galios paskirstymas

Ilgesniems lubiniams šviestuvams (linijiniams arba stačiakampiams) nukreipkite galios pėdsakus kaip centrinę magistralę, o ne tiekti šviesos diodus iš ankstesnės eilutės pabaigos.

Lubų apšvietimo PCBA išdėstymo pavyzdys (apvalus)

Įprastas apvalus lubų šviestuvas PCBA (150 mm skersmens, 36 šviesos diodai) turi tokį sluoksnį:

SluoksnisFunkcija Vario svorisViršutinis (grandinės sluoksnis)LED trinkelės, pėdsakai, tvarkyklės komponentai2 ozDielektrinis sluoksnisElektros izoliacija75–100 µmAliuminio pagrindas Šilumos pasklidimas ir mechaninė atrama 1,6 mm storis Apatinė dalis (pasirinktinai) Tik antriniai komponentai arba litavimo kaukėN/A

Mirgėjimas ir pritemdymas

Mirgėjimo priežastys

Šviesos diodas mirksi, kai tvarkyklės išėjimo srovė turi didelį pulsaciją. Common causes:

- Nepakankama išėjimo talpavairuotojuje

- Prastas TRIAC reguliatorių suderinamumas(priekinio krašto reguliatoriai su talpinėmis apkrovomis)

- Žemo dažnio PWM pritemdymas(<1 kHz)

Mirgėjimo metrika

MetricGoodAcceptablePrastas mirgėjimo procentas (100 Hz)<10 %10–30 %>30 % Mirgėjimo indeksas <0,10,1–0,3>0,3 Mirgėjimo dažnis>1 kHz100–1000 Hz<100 Hz

Mirgėjimo mažinimo metodai

TechniqueEffectCost ImpactAdd masinio išvesties kondensatorių (100–470 µF) Sumažina 100–120 Hz pulsaciją, žemą (0,10–0,30 USD) Padidinkite PWM pritemdymo dažnį iki > 4 kHz Pašalina matomą mirgėjimą. Nėra (programinės aparatinės įrangos pakeitimas) reguliavimas Vidutinis (0,50–1,00 USD)

Atitiktis ir sertifikavimas

Reikalingi rinkos sertifikatai

Rinkos sertifikavimo reikalavimasJAV 1598 arba UL 8750Sauga LED šviestuvamsKanadaCSA C22.2 Nr. 250.0Apšvietimo įrenginių saugaEUCE (apima LVD, EMC, RoHS)Sauga, emisija, pavojingos medžiagosPasaulinis IEC Energijos efektyvumas 3 Bendrasis apšvietimas 620 DLCRebate tinkamumas, naudingumo reikalavimai

Bendrieji atitikties testai

Bandymo standartasCriteriaDielektrinė stipris (hipot)UL 87501500V kintamoji srovė 1 minutę, be gedimoŽemės tęstinumasUL 8750<0,1Ω tarp įžeminimo gnybto ir atviro metaloEMI (laidus ir spinduliuojamas)FCC 15 dalis (JAV) arba EN 55015 StarPower faktorius ir THDsPower0 >0 ribinė vertė. <20% komercinei

Lubų šviestuvas PCBA DUK

1 klausimas: Ar galiu naudoti tą patį lubų šviestuvą PCBA tiek 120 V, tiek 277 V komerciniams tikslams?

A:Ne, ne be universalios įvesties tvarkyklės. Štai techninis suskirstymas:

PCBA, sukurta specialiai 120 V kintamajai įtampai, naudoja komponentus, skirtus maždaug 200 V nuolatinės srovės magistralės įtampai (po ištaisymo). Esant 277 V kintamajai įtampai, ištaisyta nuolatinės srovės magistralė yra maždaug 390 V DC. Tai viršija standartinių 120 V vardinių kondensatorių, MOSFET ir diodų įtampą.

Komponentų įtampos sumažinimo reikalavimai:

Komponento 120 V reitingas 277 V Reikalingas įvertinimas Įvesties kondensatorius 200V400-450VMOSFET250-300V500-600VR lygintuvo diodai200V400V Valgymo atstumas 1,5 mm3,0 mm

Jei jums reikia vieno PCBA abiem įtampoms:

- Nurodykite auniversali įvesties tvarkyklėvardinė 90-277V kintamoji srovė

- Naudokite komponentus, skirtus mažiausiai 400 V DC magistralei

- Suprojektuokite PCB valkšnumą 3 mm tarp kintamosios srovės linijų ir žemos įtampos sekcijų

- Tikėtis 10-20% didesnės komponentų kainos

Alternatyva:Sukurkite du PCBA variantus --- vieną 120 V (mažesnė kaina) ir vieną 277 V (aukštesnė įtampa). Tai įprasta komercinio apšvietimo gamyboje.

2 klausimas: kaip užtikrinti, kad mano lubų šviestuvas PCBA tinkamai veiktų su TRIAC sieniniu reguliatoriumi?

A:Suderinamumas su TRIAC reguliatoriais yra dažnas lubinių šviestuvų PCBA dizainerių iššūkis. Štai inžinerinis požiūris:

Problema:TRIAC reguliatoriai buvo skirti kaitrinėms lemputėms (varžinėms apkrovoms). Šviesos diodai sukuria reaktyviąją apkrovą, dėl kurios TRIAC gali užsidegti, o tai gali sukelti mirgėjimą, mirksėjimą arba nesugebėjimą pritemdyti žemiau 30%.

1 sprendimas – „Bleeder“ rezistorius (pasyvus):
Prie kintamosios srovės įvesties pridėkite išleidimo rezistorių (10–50 kΩ, 1–2 W). Tai ima pakankamai srovės (5–15 mA), kad TRIAC tinkamai veiktų per kiekvieną pusę ciklo.

Rezultatas:Pagerina žemo lygio pritemdymą (paprastai mažiausiai 10–15 %). Prideda 1-2W budėjimo režimo nuostolių.

2 sprendimas – aktyvi oro išleidimo grandinė (pageidautina):
Aktyvus oro išleidiklis (valdomas IC) srovę ima tik tada, kai kitu atveju TRIAC užsidegtų. Efektyvumo sumažėjimas yra beveik nulis.

3 sprendimas – nurodykite TRIAC pritemdymo tvarkyklės IC:
Daugelyje komercinių LED tvarkyklių IC yra įmontuotas TRIAC pritemdymo aptikimas ir nutekėjimo valdymas. Pavyzdžiai:

- TI LM3447(TRIAC pritemdoma LED tvarkyklė)

- MPS MP4030(TRIAC pritemdantis pirminės pusės reguliatorius)

Bandymo reikalavimas:Patvirtinkite pritemdymo suderinamumą su mažiausiai 5 skirtingais TRIAC reguliatorių modeliais (Lutron, Leviton, Legrand). Dimmeriai labai skiriasi pagal jų laikymo srovės reikalavimus.

Lauko gedimo ženklas:Jei lubų lemputė mirksi arba mirksi, kai pritemdyta žemiau 50%, oro išleidimo grandinė yra netinkama.

3 klausimas: kokios yra dažniausiai pasitaikančios kokybės problemos gaminant lubų šviestuvus PCBA?

A:Remiantis tūkstančiais gamybos patikrinimų, šie penki defektai sudaro daugiau nei 80% lubų šviestuvų PCBA kokybės problemų.

DefektasDažnisPagrindinė PriežastisAptikimo metodasAtnaujinimo kainaLED antkapinių akmenų uždėjimas 1–5 %Netolygus litavimo pastos tūris ant LED trinkeliųAOIDidelis (LED pažeisti)Lidavimo tuštumos po šviesos diodais Dažni Įstrigusios srauto dujos atliekant pakartotinio srauto rentgeno patikrinimąNėra (tuščių <25 % priimtina)F.Vizualumo arba 2 vietos klaida. (spalva / žymėjimas) Labai aukštas (plokštės laužas) Šaltos litavimo jungtys ant vairuotojo IC1–3 % Nepakankama pakartotinio srauto temperatūraAOI arba rankinis patikrinimasVidutinis (galimas pakartotinis apdorojimas) Nepakankamas šiluminės pastos (MCPCB) 5–10 % Nenuoseklus taikymas Traukos testas arba terminis vaizdas Žemas (pridėkite pastos)

Prevencijos strategijos:

LED antkapių klijavimas:

- Naudokite trafaretines apertūras, kurios yra šiek tiek didesnės nei LED trinkelės (santykis 1:1,1)

- Užtikrinkite, kad pakartotinio srauto profilis būtų 60–90 sekundžių didesnis už likvidumą (TAL)

Atvirkštinio poliškumo šviesos diodai:

- Naudokite šviesos diodus su aiškiu poliškumo žymėjimu (anodu / katodu)

- Įdiekite automatinį optinį patikrinimą (AOI) su poliškumo patikrinimu

- Atlikite 100% poliškumo testą skraidančiam zondui arba nagų guoliui

Šalto litavimo jungtys:

- Patikrinkite didžiausią pakartotinio srauto temperatūrą (245–260 °C bešviniam SAC305)

- Stebėkite krosnies profilį kasdien su profiliuotoju (ne tik kartą per vieną partiją)

Nepakanka šiluminės pastos (MCPCB į aušintuvą):

- Terminei pastai naudokite trafaretą arba šilkografiją (ne rankiniu būdu)

- Tikslinis pastos storis 0,3–0,5 mm

- Sumontavę patikrinkite padengimą (terminė pasta turi šiek tiek išspausti kraštus)

Įeinančio lubų šviestuvo PCBA patikrinimo kokybės kontrolės kontrolinis sąrašas:

Patikrinimo elementasMetodas Priėmimo kriterijaiLED poliškumasVizualus arba AOI100% teisingasLitavimo jungtys (galios komponentai)AONėra tilto, nėra pakankamai litavimoLED tuštumų Rentgeno spinduliai (5–10 %) <25% viename bloke. Termo pasta. nagų guolis Atviras/trumpas, LED priekinės įtampos patikrinimas

Lubinių šviestuvų PCBA gamybos kontrolinis sąrašas

Gamybos veiksmasReikalavimasPatikrinimas PCB gaunamas patikrinimas Nėra deformacijos, tinkamas storis, matoma ENIG apdaila. Vizualus ir matuoklio matavimas Litavimo pastos spausdinimas Trafareto storis 0,1-0,12 mm, diafragmos išlygiavimas ±0,05 mmSPI (litavimo pastos patikrinimas). 245-260°C, TAL 60-90 sekundžių Profilio duomenys vienai partijai Terminės pastos tepimas 0,3-0,5 mm storis, pilna aprėptis Svorio patikra + vizualinis radiatorių montavimasVienodas slėgis, nėra tarpo Varžto sukimo momento specifikacijaElektros bandymasAtidaryti / trumpai, LED poliškumas, srovės matavimas

Santrauka: geros kokybės lubų apšvietimo PCBA kontrolinis sąrašas

Geros kokybės lubų šviestuvas PCBA subalansuoja išlaidas, šilumines charakteristikas ir atitiktį. Standartinių gyvenamųjų namų šviestuvų (15–25 W) aliuminio MCPCB su 2 uncijų vario, nuolatinės srovės tvarkykle ir šviesos diodų trinkelių, kurių temperatūra žemesnė nei 60 °C, eksploatavimo laikas nuolat viršija 50 000 valandų. Jei norite naudoti komercinius pritemdomus šviestuvus, pridėkite su TRIAC suderinamus tvarkyklės IC ir oro išleidimo grandines. Dažniausiai pasitaikančių gamybos defektų – LED antkapių klijavimas, atvirkštinis poliškumas ir šaltos jungtys – galima išvengti naudojant AOI patikrinimą ir kontroliuojamus pakartotinio srauto profilius.

Dizaino elementas	Reikalavimas
PCB medžiaga	Aliuminio MCPCB > 15W; FR4 priimtinas <12W
Vario svoris	2 uncijos galios pėdsakams; 1 uncija signalui
Šilumos valdymas	9 ir daugiau šiluminių jungčių vienam šviesos diodui; LED trinkelės temperatūra <60°C esant pilnai apkrovai
Vairuotojo topologija	Nuolatinė srovė (integruota arba nuotolinė)
Mirgėjimo valdymas	Išėjimo talpa 100-470µF; PWM pritemdymas >4 kHz, jei naudojamas
Pritemdymo suderinamumas	TRIAC oro išleidimo grandinė; skirtas pritemdymo IC geriausiems rezultatams pasiekti
Įtampos įvertinimas	Komponentai, skirti maksimaliai įvesties įtampai (120 V arba 277 V arba universalūs)
Sertifikatai	UL arba CE pagal tikslinę rinką; Energy Star reklamai
Gamybos patikra	AOI (LED poliškumas, litavimo jungtys), rentgenas (tuštumos), elektrinis testas