لوحة دوائر الإضاءة

نظرة عامة

لوحات الدوائر المطبوعة للإضاءة هي لوحات دوائر مطبوعة تم تصميمها خصيصًا لمختلف منتجات الإضاءة. وهي المكونات الحاملة والموصلة الأساسية لمعدات الإضاءة، وتُستخدم بشكل رئيسي لدعم رقائق/حبات الـ LED، ودائرة السائق المكونات، وتحقيق نقل الطاقة وإدارة تبديد الحرارة. وهي مناسبة لمختلف سيناريوهات الإضاءة مثل إضاءة الـ LED، والسائقات التقليدية للمصابيح الفلورية، والإضاءة الشمسية، حيث تُعد لوحات الدوائر الخاصة بإضاءة الـ LED النوع الرئيسي للتطبيق حاليًا.

لوحات مطبوعة للإضاءة مصممة خصيصًا وفقًا لخصائص معدات الإضاءة. تتمحور مزاياها الأساسية حول التبريد، والقدرة على التكيف، والموثوقية متطلبات سيناريوهات الإضاءة، كما هو موضح أدناه:

تصميم التبريد الموجه يضمن عمر مصدر الضوء

اللوحات المطبوعة الرئيسية لـ LED تتمتع بموصلية حرارية تفوق بكثير تلك الخاصة باللوحات FR-4 العادية. فلدى اللوحات القائمة على الألومنيوم موصلية حرارية تتراوح بين 1~3 واط/(متر·كلفن)، في حين تبلغ الموصلية الحرارية للوحات القائمة على النحاس ما يصل إلى 200~400 واط/(متر・كيلو). يمكنها نقل الحرارة الناتجة عن شرائح LED بسرعة أثناء التشغيل، مما يمنع تدهور الإضاءة والاحتراق بسبب ارتفاع درجة الحرارة، ويُطيل بشكل كبير من عمر معدات الإضاءة LED . يمكن تعديل بعض لوحات الدوائر الكهربائية الخزفية عالية الجودة لتتناسب مع متطلبات التبديد الحراري في سيناريوهات الإضاءة فائقة القدرة.

التكيف مع المتطلبات الهيكلية والوظيفية لمعدات الإضاءة

• شكل مرن: يمكن تخصيصه على شكل حلقة، قوس، أو لوح صلب غير منتظم الشكل وفقًا لتصميم المصباح، بما يتناسب مع مساحة تركيب مصابيح مختلفة مثل المصابيح الكهربائية، المصابيح المركزة، ومصابيح الشوارع؛

• وظائف متكاملة: تدعم دمج دائرة محرك LED، ودائرة التحكم ودائرة مصدر الضوء على نفس لوحة الدوائر المطبوعة، مما يبسّط البنية الداخلية للمصباح ويقلل من صعوبة التجميع؛

• توافق العبوة: تتكيف مع أشكال تغليف LED المختلفة مثل SMD وDIP، لتلبية متطلبات تركيب مصدر الضوء في منتجات إضاءة مختلفة.

المقاومة العالية للحرارة والموثوقية البيئية

مصنوع من ركائز مقاومة لدرجات الحرارة العالية وحبر طباعة مقاوم للحام، ويمكنه تحمل مدى درجات حرارة تشغيل الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) لفترة طويلة (-20~85℃)، وبعض لوحات الدوائر المطبوعة الخاصة بالإضاءة يمكنها حتى التكيّف مع البيئات القاسية التي تصل إلى -40~125℃ دون حدوث تشوه في الركيزة أو تقادم الدائرة أو تقشر حبر الحماية من الحام بسبب درجات الحرارة المرتفعة؛ وفي الوقت نفسه، يتمتع بخصائص جيدة ضد الرطوبة والتآكل، وهو مناسب لمختلف تطبيقات الإضاءة الداخلية والخارجية السيناريوهات.

أداء كهربائي مستقر يقلل من خطر الأعطال

تم تحسين تخطيط الدائرة لتقليل تأثير التداخل الكهرومغناطيسي على استقرار سطوع LED؛ وتستخدم لوحة الدوائر الكهربائية للإضاءة عالية القدرة تصميمًا برقاقة نحاسية عريضة وسميكة مقاومة الخط، وتجنب انخفاض الجهد أو ارتفاع درجة حرارة الخط عند نقل تيار عالٍ، وضمان استقرار السطوع والسلامة الكهربائية لمعدات الإضاءة.

التوازن بين التكلفة والأداء

بالنسبة لتطبيقات الإضاءة المدنية، يمكن استخدام لوحة الدوائر المطبوعة منخفضة التكلفة FR-4 لتلبية احتياجات مصابيح LED منخفضة القدرة؛ وبالنسبة للتطبيقات متوسطة وعالية القدرة، تُستخدم اللوحات القائمة على الألومنيوم لتحقيق تبديد حراري فعال بتكلفة معقولة، مما يوازن بين الأداء والاقتصاد؛ وتقلل عمليات الإنتاج القياسية من تكاليف الإنتاج الضخم وتسهل الصيانة والاستبدال، ما يحسن بشكل إضافي الجدوى الاقتصادية الشاملة. تقلل عمليات الإنتاج القياسية من تكاليف الإنتاج الضخم وتسهل الصيانة والاستبدال، ما يحسن بشكل إضافي الجدوى الاقتصادية الشاملة.

تفي بمعايير السلامة في صناعة الإضاءة

الالتزام الصارم بمعايير العزل والمقاومة للهب لمعدات الإضاءة لمنع المخاطر الأمنية مثل الدوائر القصيرة والحرائق، خاصةً في سيناريوهات الإضاءة التجارية والصناعية، مع تحقيق مستوى عالٍ من السلامة متطلباتك.

لوحة دوائر الإضاءة ولا تعتبر تقنية PCB الخاصة بالإضاءة وتقنية LED PCB مفهومين مستقلين تمامًا؛ بل يوجد بينهما علاقة انتماء وشمول، والعلاقة بين العام والخاص. ويمكن تمييز الاختلافات والصلات الأساسية بينهما بوضوح من أبعاد مثل التعريف والنطاق والخصائص:

التعريفات الأساسية والاختلافات في النطاق

لوحة دوائر الإضاءة

هذا مصطلح عام يُستخدم للوحات الدوائر المطبوعة (PCB) المصممة خصيصًا لجميع أنواع معدات الإضاءة، ويشمل جميع أنواع الإضاءة . وتشمل وظيفتها الأساسية توفير التوصيلات الكهربائية ودعم المكونات وإدارة تبديد الحرارة للمنتجات الإضاءة المختلفة، والتكيف مع الخصائص التشغيلية لمصادر الضوء المختلفة.

النطاق: يشمل لوحات الدوائر المطبوعة الخاصة بإضاءة LED، ودوائر تشغيل المصابيح الفلورية، وتخفيف شدة المصابيح المتوهجة، وألواح الدوائر الأخرى لجميع سيناريوهات الإضاءة.

لوحة الدوائر المطبوعة

هذه عبارة عن لوحة دوائر مطبوعة التي تتطلبها مصابيح LED. وصفات ارتفاع توليد الحرارة في مصابيح LED.

النطاق: فقط لسيناريوهات إضاءة LED، وهي مكون أساسي في لوحات إضاءة PCB (تشكل أكثر من 90٪، نظرًا لأن مصابيح LED هي حاليًا مصدر الإضاءة السائد).

الملاءمة والتطبيق العملي

علاقة الإدراج: لوحة الدوائر المطبوعة LED هي الفئة الفرعية الأساسية لوحات إضاءة PCB. مع استبدال مصابيح LED لمصادر الإضاءة التقليدية، فإن أكثر من 95٪ من لوحات إضاءة PCB المتداولة في السوق حاليًا هي لوحات LED PCB. وبالتالي، في اللغة اليومية، يُعادل مصطلح "لوحات إضاءة PCB" غالبًا مباشرة بـ "لوحات LED PCB"، ولكن من الناحية الدقيقة، فإن النطاقين مختلفان. غالبًا ما يُعادل مباشرة بـ "لوحات LED PCB"، ولكن من الناحية الدقيقة، فإن النطاقين مختلفان.

الاختلافات في التصميم:

لوحات الدوائر المطبوعة للإضاءة التقليدية: لا تتطلب تبديد حرارة قوي؛ يكفي استخدام قاعدة FR-4. يجب التركيز على تحسين عزل الدائرة ذات الجهد العالي.

لوحات LED: يجب إعطاء الأولوية للتبريد. يجب أن تتكيف الدائرة مع خصائص القيادة بالتيار الثابت لـ LEDs لتجنب ضعف الإضاءة الناتج عن تقلبات التيار.

السياقات المتداخلة: جميع لوحات PCB الخاصة بـ LED تنتمي إلى فئة لوحات إضاءة PCB، ولكن ليس كل لوحات إضاءة PCB هي لوحات خاصة بـ LED.

لوحة دوائر الإضاءة يجب أن يوازن التصميم بين تبديد الحرارة، والأداء الكهربائي، والتوافق الهيكلي، ومعايير الصناعة. تكمن التحديات الأساسية في إدارة الحرارة والتوافق الكهرومغناطيسي، مع ما يلي الاعتبارات الرئيسية: التحديات الأساسية في التصميم

تحديات إدارة الحرارة

• التحديات: تولد مصابيح LED ومصادر الضوء الأخرى حرارة مركزة أثناء التشغيل. يمكن أن يؤدي ضعف تبديد الحرارة إلى تسريع تدهور الإضاءة وتقصير العمر الافتراضي، بل وحتى حرق المكونات. تمتلك الركائز التقليدية من نوع FR-4 توصيلية حرارية ضعيفة، مما يتطلب تحقيق توازن بين تبديد الحرارة والتكلفة في تصاميم اللوحات المعدنية القائمة. التوصيلية الحرارية، مما يتطلب تحقيق توازن بين تبديد الحرارة والتكلفة في تصاميم اللوحات المعدنية القائمة.

• الأسباب الجذرية: تُعاني لوحات الدوائر المطبوعة الخاصة بالإضاءة من نقص المساحة، ما يجعل من الصعب ترتيب هياكل كبيرة لتبديد الحرارة. تختلف خصائص التسخين لأنواع مختلفة من مصادر الضوء بشكل كبير، مما يستدعي تحسينًا مستهدفًا لتصاميم تبديد الحرارة. تختلف خصائص التسخين لأنواع مختلفة من مصادر الضوء بشكل كبير، مما يستدعي تحسينًا مستهدفًا لتصاميم تبديد الحرارة.

مشكلات التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)

• التحديات: تُعد دوائر السائق عرضةً لتوليد إشعاعات كهرومغناطيسية، يمكن أن تتداخل مع إشارات التحكم في معدات الإضاءة أو الأجهزة الإلكترونية المحيطة. علاوة على ذلك، يجب أن تفي لوحات الدوائر المطبوعة الخاصة بالإضاءة بمتطلبات شهادة EMC التوافق الكهرومغناطيسي.

• الأسباب الجذرية: غالبًا ما تدمج لوحات الدوائر المطبوعة الخاصة بالإضاءة دائرة مصدر الطاقة والتحكم ودائرة مصدر الضوء، مع تواجد دوائر ذات جهد عالٍ ومنخفض معًا، مما يجعل الاقتران الكهرومغناطيسي أمرًا سهلاً. ويؤدي التصميم الصغير الحجم إلى تقارب المسافات بين المسارات، مما يزيد من خطر التداخل.

التوافق في البنية والتثبيت

• التحديات: تتوفر وحدات الإضاءة بأشكال مختلفة (على شكل حلقة، منحنية، رفيعة جدًا)، مما يتطلب لوحات الدوائر الكهربائية للإضاءة أن تتماشى مع هذه الهياكل غير المنتظمة مع ضمان تخطيط مدمج للمكونات؛ كما يجب أن تفي لوحات الدوائر الكهربائية الخاصة بالإضاءة الخارجية بهذه المتطلبات بمتطلبات مقاومة الماء والغبار والاهتزاز.

• السبب الجذري: تُفرض متطلبات صارمة على مظهر وحجم وحدات الإضاءة المدنية/التجارية، مما يستدعي تصميم دوائر مطبوعة توازن بين الوظيفة الكهربائية والتثبيت الميكانيكي.

السلامة الكهربائية والموثوقية

• التحديات: تشمل دوائر الإضاءة الكهربائية مصدر طاقة الشبكة ومصدر ضوء منخفض الجهد. ويمكن أن يؤدي عدم كفاية العزل بين الجهد العالي والمنخفض إلى حدوث تسرب ودوائر قصيرة بسهولة. كما يمكن أن يؤدي التشغيل الطويل الأمد في درجات حرارة مرتفعة/رطبة إلى تقادم الدائرة وفشل وصلات اللحام.

• الأسباب الجذرية: يتم استخدام معدات الإضاءة في سيناريوهات معقدة تتطلب معايير عالية للسلامة.

اعتبارات التصميم الرئيسية اختيار الركيزة:

• إضاءة منخفضة القدرة: تُستخدم ركيزة FR-4، ويتم تحسين تبديد الحرارة عن طريق زيادة مساحة النحاس؛

• إضاءة متوسطة وعالية القدرة: يُفضل استخدام لوحة دوائر مطبوعة ذات قاعدة ألومنيوم، وتُستخدم لوحة دوائر مطبوعة نحاسية أو خزفية للقدرة الفائقة العالية;

• إضاءة مرنة: يتم استخدام ركيزة PI ذات توصيل حراري عالي، مع دعم من مُشتت حراري من الألومنيوم.

تصميم الدائرة واللوحات:

تستخدم لوحات الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) تصميم "لوحة توصيل حرارية" لزيادة مساحة التلامس مع الركيزة وتوصيل الحرارة بسرعة؛

تستخدم الدائرة عالية القدرة أوراق نحاس أوسع ونحاسًا أكثر سماكة (2 أوقية فأكثر) لتقليل المقاومة وإنتاج الحرارة؛

يتم تجنب المساحات الكبيرة من ورق النحاس لتقليل تشوه اللوحة المطبوعة (PCB) الناتج عن الإجهاد الحراري.

تحسين التخطيط:

يتم توزيع المكونات المنتجة للحرارة لتجنب تركيز الحرارة؛ ويتم ترتيب دائرة السائق ودائرة مصدر الضوء بشكل منفصل لمنع انتقال الحرارة من دائرة السائق (IC) إلى الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED).

اعتبارات تصميم التوافق الكهرومغناطيسي

عزل الخطوط:

المسافة بين خطوط الجهد العالي والمنخفض هي ≥3 مم، ويتم عزل خط مصدر الطاقة الكهربائية وخط مصدر الضوء ذي الجهد المنخفض بواسطة أخاديد عازلة؛

تُضاف مرشحات EMI إلى طرفي الدخل/الخرج لدائرة القيادة لقمع الإشعاع الكهرومغناطيسي.

تصميم التأريض:

يتم استخدام التأريض بنقطة واحدة تفادياً لتكوين حلقات تأريض؛

يجب تأريض الركيزة المعدنية للكوادر المعدنية القائمة على المعدن لتعزيز تأثير التدريع؛

ينبغي وضع المكونات الحساسة بالقرب من رقائق النحاس المؤرضة لتقليل التداخل.

قواعد التوصيلات:

تكون الخطوط عالية التردد قصيرة ومباشرة لتجنب التوصيلات المتعرجة؛

تتقاطع خطوط الطاقة وخطوط الإشارة بشكل عمودي لتقليل الاقتران الكهرومغناطيسي.