91 개의 고출력 LED 어레이의 안정성 문제


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7x13 직사각형 레이아웃으로 91 개의 적외선 LED를 수용 할 수있는 4 층 PCB를 설계하고 인쇄했습니다. 머신 비전 프로젝트의 백라이트로 사용됩니다. 개별 LED가 타거나 회로에서 분리되는 문제가 있습니다. 방열이 문제의 원인 일 수 있습니다.

영상

배열의 정면 어레이 뒷면

PCB 레이아웃

회로도

7 개의 LED (녹색 LED 텍스트)의 각 행은 직렬로 연결됩니다. 12V 전원 (VCC 파워 플레인)은 첫 번째 LED에 연결됩니다. 다음 6 개는 직렬로 연결됩니다. 마지막으로 전류 제한 저항 (녹색 R 텍스트)은 마지막 LED를 접지면에 연결합니다.

명세서:

  • VCC 평면 : 12V, 2A 공급
  • LED : TSHG6200 . 100mA 최대 정격 전류.
  • 전류 제한 저항 : 20 옴
  • 솔더 : Thermoflow Sn60 / PB40
  • 총 예상 소비 전력 : 12V * 0.1A (행당) * 13 행 = 15.6W.
  • 어레이 크기 : 7 개의 LED 13 줄, 약 7cm x 6cm

측정

12V 전원 공급 장치의 경우 각 LED에서 약 1.45V, 전류 제한 저항에서 약 2.0V로 100mA의 전류를 의미합니다. 이것이 최대 허용 전류에 적합하기 때문에 전원 공급 장치와 VCC 평면 사이에 큰 고전력 전위차계를 배치하고 입력 전압을 약간 낮추도록 (11.5V 정도) 조정했습니다. 이것은 최대 허용량 이하로 안전하게 전류를 얻는다.

또한 Darlington 쌍을 사용하여 Arduino로 백라이트를 제어하고 있습니다. 백라이트는 거의 항상 켜져 있으며 때로는 약 30ms 동안 펄싱됩니다. 이것이 문제와 관련이 없다고 생각하지만 필요한 경우 자세한 내용을 제공 할 수 있습니다.

문제

약 10-30 분 동안 사용하면 하나 이상의 LED 행이 꺼집니다. 끊어진 줄에서 각 LED의 전압을 측정하면 대부분의 LED는 약 0.8V이고 하나는 약 8.0V입니다. 흐르는 전류가 없습니다. 때때로 핀을 다시 판매하거나 LED를 두드리면 문제가 해결됩니다. 때때로 교체해야합니다. 어쨌든 나는 다른 것이 나오기 전에 10-30 분만 더 사용합니다.

또 다른 관찰은 보드의 뒷면 전체가 끈적 거리는 것입니다. 위 그림에서 볼 수 있습니다. 너무 뜨거워지고 납땜이 손상되고 있는지 궁금합니다 (아마도 유출 유출 ??).

의문

안정성을 향상 시키려면 어떻게해야합니까? 정격 전류 이하로 안전하게 전류를 얻으려면 이미 낮은 전압에서 작동을 시도했습니다. 다른 종류의 솔더를 사용해야하는지 궁금합니다. 아니면 어떤 종류의 방열판? LED는 만지면 뜨거워 지지만 견딜 수 없습니다.

제안을 시도한 후 수정

팁 주셔서 감사합니다! 나는 컴퓨터 팬이 어레이를 가로 질러 공기를 뿜어내는 것을 매우 간단하게 해냈으며 환상적으로 작동했습니다! 나는 이것이 많은 당신들에게 정말로 명백하다고 생각하지만 그 차이가 얼마나 큰지 놀랐습니다.

팬이없는 경우 :

  • 행당 25mA-> 39C
  • 행당 33mA-> 41C
  • 행당 40mA-> 48C
  • 행당 55mA-> 52C

따라서 LED 당 최대 전류에 도달하기 전에 온도의 "위험 구역"에 도달합니다.

팬 사용시 :

  • 행당 35mA-> 26C
  • 행당 60mA-> 30C
  • 행당 90mA-> 34C

나는 한 줄에 90mA와 34C에서 1 시간 이상 문제없이 실행했습니다. 큰!


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@Gilad I는 Mouser에서 구매했습니다
cxrodgers

2
열 집약적 인 애플리케이션을위한 섬유 유리 대신에 alu 합금을 사용하는 PCB : electropages.com/wp-content/uploads/article_images/large/…
Wesley Lee

2
다른 사람들이 말했듯이, 주요 문제는 의심 할 여지없이 열 분산입니다. 또 다른 문제는 패드가 약간 작게 보입니다. 플로우 솔더링에는 적합 할 수 있지만 수동 솔더링 된 재료의 경우 더 큰 패드 크기가 도움이되고 열 소산도 개선 할 수 있습니다. 더 큰 패드를 넣을 공간이 충분합니다. 사용하십시오.
JavaLatte

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다음과 같은 것을 사용하는 것이 훨씬 나을 것입니다 : aliexpress.com/item/…
Jules

2
@ user6030 : 표준 사례와 같이 일련 의 LED 체인 마다 하나의 저항기 가 있습니다. 체인의 각 LED는 동일한 전류를 갖습니다.
트랜지스터

답변:


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이미 답을 찾았습니다. LED가 뜨거워지고 있습니다. 15 와트는별로 소리가 나지 않지만 LED를 쌓아 죽이고 있습니다. 서미스터를 가져와 보드 중앙에 부착 한 다음 시스템 작동에 따라 온도를 모니터링하는 것이 좋습니다. 더 좋은 방법은 LED 중 하나의 몸체에 부착하십시오.

이것을 백라이트로 사용하므로 좁은 빔 LED를 사용하지 마십시오. 비교적 넓은 빔 장치를 사용하고 공기가 흐르도록 간격을 두십시오. 35도 LED의 소스를 찾을 수 있다면 필요에 따라 납땜 점퍼로 바둑판 패턴으로 하나씩 설치하십시오. 전체 밝기의 절반 만 얻을 수 있지만 거의 인식 할 수 없으며 향상된 공기 흐름이 큰 도움이됩니다. 어레이를 통한 공기 흐름을 적절히 유지하기 위해 팬에 덕트를 설치해야 할 수도 있습니다.

그리고 항상 온도 모니터를 포함하십시오. 직접 적용 할 수는 없지만 이 YouTube 비디오 는 냉각 원리를 보여줍니다. 귀하의 경우 수직으로 서있는 LED 숲이 있으므로 LED가 서로 닿지 않도록하는 것이 중요합니다. 공기 흐름을 차단하기 때문입니다.


제안한대로 서미스터를 설치하려고합니다. 팬이나 방열판이 작업하기 더 쉬운 지 궁금합니다. 비디오를 확인하겠습니다. 그리고 더 큰 간격에 대해 지적했습니다.
cxrodgers

3
당신이하고있는 일에 대해 히트 싱크는 작동하지 않습니다. 첨부 할 방법이 없습니다. 그래도 SMD LED를 작동시킬 수 있습니다.
WhatRoughBeast

1
다시 작동시키고 좋은 팬을 가리 킵니다. 그것이 작동 시간에 어떤 영향을 미치는지보십시오. 나는 동의한다. 15W는 그다지 들리지 않지만 5 분 안에 납땜 인두의 끝을 650 ° F로 만들기에 충분하다.
rdtsc

1
문제는 그것이 백라이트라면 아마도 어떤 종류의 디스플레이 뒤에 끼워 질 것이므로 교차 환기 만 작동한다는 것입니다. 배열 전체에 팬을 불어 넣는 것보다 공기 흐름이 훨씬 적습니다.
WhatRoughBeast

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데이터 시트에서 :

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

그림 1. 절대 최대 순방향 전류.

그리고 더 :

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

그림 2. 온도 상승시 LED 전류 감소

현재와 ​​온도가 문제입니다. 리 글룸없이 절대 최대 전류로 실행 중이며 온도가 상승하고 있습니다. 주변 온도 60 °에서 허용되는 최대 전류는 급격히 떨어집니다.


1
나는 때문에 거기에 추가 정보의 일부 다른 대답을 인정하지만 난 그냥 날이 문제를 이해하는이 그래프는 정말 도움이되었습니다 말하고 싶었다
cxrodgers

2
그래프가 일단 LED가 60도에 도달하면 전류가 감소되어야한다고 말하는 것은 가치가 없습니다. 그렇지 않습니다. 그것은 LED가 열을 방출하는 환경의 주변 온도가 60 도라면 경감해야한다고 말합니다. 이제는 각 LED가 다른 많은 핫 LED로 둘러싸여 있기 때문에 거의 그렇지 않습니다. 따라서 더운 주변 환경을 시뮬레이션하는 데 큰 도움이됩니다. 그러나 가치가 있습니다.
metacollin

좋은 지적. 마지막 문장에 "ambient"라는 단어를 추가했습니다.
트랜지스터

1

"LED 히트 싱크"에 대한 빠른 구글은 당신에게 타 버린 LED를 냉각시키는 데 적합한 많은 솔루션을 찾을 것입니다. 처음 권장 사항은 PCB 상단을 방열판 층으로 바꾸고 열 접착제를 사용하여 LED를 고정시키는 것입니다. 나는 그것이 더 납땜 인 것을 두려워하지만, 안녕.

더 많은 정보를 위해 Wikipedia에는 ​​다양한 LED 냉각 기술에 대한 링크 가 있다는 것을 알았습니다 .

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