برد مدار چاپی روشنایی

بررسی اجمالی

برد مدار چاپی روشنایی برد مدار چاپی‌های روشنایی به‌طور خاص برای محصولات مختلف روشنایی طراحی شده‌اند. این برد‌ها اجزای اصلی حامل و اتصال تجهیزات روشنایی هستند و عمدتاً برای نگهداری تراشه‌های LED/نوردها، مدار راه‌انداز اجزا و اجرای انتقال انرژی و مدیریت دفع گرما استفاده می‌شوند. این برد‌ها برای سناریوهای مختلف روشنایی مانند روشنایی LED، راه‌انداز لامپ‌های فلورسنت سنتی و روشنایی خورشیدی مناسب هستند و برد مدار چاپی LED در حال حاضر نوع اصلی و رایج کاربرد است.

بردهای مدار چاپی روشنایی، بردی هستند که به‌طور خاص برای ویژگی‌های تجهیزات روشنایی طراحی شده‌اند. مزایای اصلی آنها حول محور پراکندگی حرارت، سازگاری و قابلیت اطمینان است نیازمندی‌های سناریوهای روشنایی، همان‌گونه که در زیر آمده است:

طراحی هدفمند پراکندگی حرارت، عمر منبع نوری را تضمین می‌کند

بردهای مدار چاپی اصلی برای ال‌ای‌دی هادی‌گرما بسیار بالاتر از برد FR-4 معمولی دارند. برد مبتنی بر آلومینیوم دارای هدایت حرارتی 1 تا 3 وات/(متر・کلوین) است، در حالی که برد مبتنی بر مس دارای هدایت حرارتی به میزان 200~400 وات بر متر کلوین. این مواد می‌توانند به سرعت حرارت تولیدشده توسط تراشه‌های LED در حین کار را هدایت کنند، از تخریب نور و سوختن به دلیل داغ شدن بیش از حد جلوگیری می‌کنند و به طور قابل توجهی عمر تجهیزات روشنایی LED را افزایش می‌دهند . برخی از برد‌های مدار چاپی سرامیکی نورپردازی با کیفیت بالا نیز می‌توانند با نیازهای دفع حرارت در سناریوهای نورپردازی فوق‌العاده پرقدرت سازگار شوند.

سازگاری با الزامات ساختاری و عملکردی تجهیزات روشنایی

• شکل انعطاف‌پذیر: قابل سفارشی‌سازی به صورت حلقه، کمان، انعطاف‌پذیر یا صفحه سفت نامنظم بر اساس طراحی چراغ، به‌منظور سازگاری با فضای نصب انواع مختلف چراغ‌ها مانند لامپ‌ها، چراغ‌های روسقفی و چراغ‌های خیابانی؛

• ادغام عملکردها: امکان ادغام مدار راه‌انداز LED، مدار کنترل و مدار منبع نور را روی یک برد مدار چاپی فراهم می‌کند که ساختار داخلی لامپ را ساده‌تر کرده و دشواری مونتاژ را کاهش می‌دهد؛

• سازگاری بسته‌بندی: با اشکال مختلف بسته‌بندی LED از جمله SMD و DIP سازگار است و نیازهای نصب منبع نور در محصولات مختلف روشنایی را برآورده می‌کند.

مقاومت در برابر دمای بالا و قابلیت اطمینان محیطی

ساخته‌شده با زیرلایه‌های مقاوم در برابر دمای بالا و جوهر مقاوم به لحیم‌کاری، می‌تواند محدوده دمایی عملیات دیودهای نورگسیل (LED) را به‌مدت طولانی تحمل کند (-20 تا 85 درجه سانتی‌گراد)، و برخی صفحه‌های مدار چاپی (PCB) نورپردازی خاص حتی می‌توانند در محیط‌های شدید -40 تا 125 درجه سانتی‌گراد بدون تغییر شکل زیرلایه، پیر شدن مدار یا جدا شدن جوهر مقاوم به لحیم‌کاری ناشی از دمای بالا سازگار باشند؛ همزمان دارای خواص خوب ضد رطوبت و ضد خوردگی است و برای انواع نورپردازی داخلی و خارجی مناسب است سناریوهای.

عملکرد الکتریکی پایدار، خطر خرابی را کاهش می‌دهد

چیدمان مدار بهینه‌شده، تأثیر تداخل الکترومغناطیسی بر پایداری نور LED را کاهش می‌دهد؛ برد مدار چاپی نورپردازی با توان بالا از طراحی فویل مسی پهن‌شده و ضخیم استفاده می‌کند تا مقاومت خط را کاهش دهد، افت ولتاژ یا گرمایش بیش از حد خط در هنگام انتقال جریان بالا را جلوگیری کند و پایداری روشنایی و ایمنی الکتریکی تجهیزات نورپردازی را تضمین نماید.

تعادل بین هزینه و عملکرد

برای کاربردهای روشنایی عمومی، می‌توان از برد مدار چاپی FR-4 با هزینه پایین استفاده کرد تا نیازهای دیودهای نوری کم‌توان را برآورده کند؛ برای کاربردهای متوسط و پرتوان، از برد مدار چاپی مبتنی بر آلومینیوم استفاده می‌شود تا انتقال حرارت به‌طور کارآمد و با هزینه‌ای مناسب انجام شود و تعادلی بین عملکرد و اقتصاد ایجاد شود. فرآیندهای تولید استاندارد، هزینه تولید انبوه را کاهش می‌دهند و نگهداری و تعویض را تسهیل می‌کنند و به این ترتیب بهره‌وری کلی را بهبود می‌بخشند.

مطابقت با استانداردهای ایمنی صنعت روشنایی

رعایت دقیق استانداردهای عایق‌بندی و ضد حریق تجهیزات روشنایی به‌منظور جلوگیری از خطرات ایمنی مانند اتصال کوتاه و آتش‌سوزی، به‌ویژه در محیط‌های روشنایی تجاری و صنعتی، و تأمین ایمنی بالا الزامات

برد مدار چاپی روشنایی و برد مدار چاپی LED کاملاً مفاهیم مستقلی نیستند؛ بلکه رابطه‌ای از جنس گنجاندن و گنجیده‌شدن و کلی و جزئی بین آنها وجود دارد. تفاوت‌ها و ارتباطات اصلی را می‌توان به‌وضوح از ابعادی مانند تعریف، دامنه و ویژگی‌ها:

تعاریف اصلی و تفاوت‌های دامنه

برد مدار چاپی روشنایی

این یک اصطلاح عمومی برای برد مدار چاپی (PCB) است که به طور خاص برای تمام انواع تجهیزات روشنایی طراحی شده است و تمام انواع نورپردازی را شامل می‌شود . عملکرد اصلی آن فراهم کردن اتصالات مداری، پشتیبانی از قطعات و مدیریت دفع حرارت برای محصولات مختلف روشنایی است، و با ویژگی‌های کاری منابع نور مختلف سازگار می‌شود.

دامنه: شامل برد مدار چاپی برای روشنایی LED، بالاست لامپ فلورسنت، کاهش نور لامپ رشته‌ای و سایر برد‌های مداری برای تمام سناریوهای روشنایی است.

Led پی سی بی

این یک برد مدار چاپی (PCB) است به‌طور خاص برای منابع نوری ال‌ای‌دی طراحی شده و زیرمجموعه‌ای از PCBهای روشنایی محسوب می‌شود. این برد فقط در تجهیزات روشنایی ال‌ای‌دی (مانند لامپ‌های ال‌ای‌دی، چراغ‌های اسپات، چراغ‌های خیابانی و نوارهای نوری) استفاده می‌شود و باید با ویژگی‌های ولتاژ پایین و جریان بالا سازگار باشد، و ویژگی‌های تولید حرارت بالا در LEDها.

دامنه: فقط برای سناریوهای روشنایی LED است و یک جزء اصلی در برد‌های روشنایی محسوب می‌شود (بیش از 90 درصد را تشکیل می‌دهد، زیرا LEDها در حال حاضر منبع اصلی روشنایی هستند).

ارتباط و کاربرد عملی

رابطه ادغام: برد مدار چاپی LED زیرمجموعه اصلی برد مدار چاپی روشنایی است. با جایگزینی دیودهای نورانی (LED) به جای منابع نور سنتی، در حال حاضر بیش از 95٪ از برد مدارهای چاپی مورد استفاده در روشنایی، از نوع LED هستند. بنابراین، در زبان روزمره، اصطلاح «برد مدار چاپی روشنایی» اغلب مستقیماً معادل «برد مدار چاپی LED» در نظر گرفته می‌شود، اما از نظر دقیق، دامنه این دو با هم متفاوت است.

تفاوت‌های طراحی:

بردهای مدار چاپی روشنایی سنتی: نیازی به پراکندگی حرارت قوی نیست؛ بستر FR-4 کافی است. تمرکز باید بر بهینه‌سازی عایق‌بندی مدار پیش‌برنده با ولتاژ بالا باشد.

برد مدار چاپی LED: دفع گرما باید اولویت داشته باشد. مدار باید متناسب با ویژگی‌های درایو جریان ثابت ال‌ای‌دی‌ها تنظیم شود تا از کاهش نور ناشی از نوسان جریان جلوگیری شود.

سناریوهای همپوشان: تمام برد‌های LED جزو دسته برد‌های روشنایی می‌شوند، اما تمام برد‌های روشنایی لزوماً برد LED نیستند.

برد مدار چاپی روشنایی طراحی باید تعادل مناسبی بین پراکندگی حرارت، عملکرد الکتریکی، سازگاری ساختاری و استانداردهای صنعتی برقرار کند. چالش‌های اصلی در مدیریت حرارتی و سازگاری الکترومغناطیسی قرار دارند که موارد زیر را شامل می‌شوند نکات کلیدی: چالش‌های اصلی طراحی

چالش‌های مدیریت حرارت

• چالش‌ها: دیودهای نوری (LED) و سایر منابع نور در حین کارکرد، گرمای متمرکزی تولید می‌کنند. تخلیه نامناسب گرما می‌تواند منجر به کاهش سریع نور، کوتاه‌شدن عمر و حتی سوختن قطعات شود. بسترهای سنتی FR-4 دارای هدایت حرارتی ضعیفی هستند و نیازمند تعادل بین تخلیه حرارت و هزینه در طراحی‌های برد مدار چاپی مبتنی بر فلز هستند. هدایت حرارتی ضعیف، نیازمند تعادل بین تخلیه حرارت و هزینه در طراحی‌های برد مدار چاپی مبتنی بر فلز هستند.

• علل اصلی: بردهای مدار چاپی روشنایی فضای محدودی دارند که قرار دادن ساختارهای بزرگ تخلیه حرارت را دشوار می‌کند. منابع نور مختلف ویژگی‌های گرمایشی متفاوتی دارند و نیازمند بهینه‌سازی هدفمند طراحی‌های تخلیه حرارت هستند. تخلیه حرارت طراحی‌های هدفمند.

مشکلات تداخل الکترومغناطیسی (EMI)

• چالش‌ها: مدارهای راه‌انداز مستعد تولید تابش الکترومغناطیسی هستند که می‌تواند با سیگنال‌های کنترل تجهیزات روشنایی یا دستگاه‌های الکترونیکی اطراف تداخل ایجاد کند. علاوه بر این، برد مدار چاپی روشنایی باید الزامات گواهی EMC را برآورده کند الزامات گواهی‌.

• علل اصلی: بردهای مدار چاپی روشنایی اغلب شامل مدارهای منبع تغذیه، کنترل و منبع نور هستند که مدارهای فشار قوی و فشار ضعیف در کنار هم قرار دارند و این موضوع باعث آسان شدن القای الکترومغناطیسی می‌شود. طراحی کوچک ابعاد، منجر به فاصله نزدیک بین ردیف‌ها می‌شود و خطر تداخل را افزایش می‌دهد. ردیف‌ها، افزایش خطر تداخل.

سازگاری ساختاری و نصب

• چالش‌ها: تجهیزات روشنایی به اشکال مختلفی (حلقه‌ای، منحنی، فوق‌العاده نازک) موجود هستند که لزوماً برد مدار چاپی روشنایی باید با این ساختارهای غیرمعمول تطبیق داشته باشد و در عین حال چیدمان فشرده قطعات را تضمین کند؛ برد مدار چاپی روشنایی در فضای باز نیز باید الزامات مقاومت در برابر آب، گردوغبار و لرزش را برآورده سازد. مقاومت در برابر آب، گردوغبار و لرزش را برآورده سازد.

• علت اصلی: تجهیزات روشنایی عمرانی/تجاری نیازهای شدیدی در مورد ظاهر و اندازه دارند و طراحی برد مدار چاپی (PCB) باید عملکرد الکتریکی را با نصب مکانیکی متعادل کند.

ایمنی و قابلیت اطمینان الکتریکی

• چالش‌ها: بردهای مدار چاپی روشنایی به برق شهر و منابع نور کم‌ولتاژ متصل هستند. عدم جداسازی کافی بین ولتاژ بالا و پایین می‌تواند به راحتی منجر به نشتی جریان و اتصال کوتاه شود. کارکرد طولانی‌مدت در دمای بالا/رطوبت محیط‌های مرطوب می‌تواند باعث فرسودگی مدار و خرابی اتصالات لحیمی شود.

• علل اصلی: تجهیزات روشنایی در سناریوهای پیچیده و با استانداردهای ایمنی بالا استفاده می‌شوند.

ملاحظات کلیدی طراحیانتخاب زیرلایه:

• روشنایی کم‌توان: از زیرلایه FR-4 استفاده می‌شود و برای پراکندگی حرارت، سطح مس افزایش می‌یابد;

• روشنایی متوسط و پرتوان: ترجیحاً از برد مدار چاپی مبتنی بر آلومینیوم استفاده می‌شود و برای توان بسیار بالا از برد مسی یا برد سرامیکی استفاده می‌شود;

• نورپردازی انعطاف‌پذیر: از سوبسترا PI با هدایت حرارتی بالا استفاده شده و پشت آن از هیتسینک آلومینیومی بهره برده شده است.

طراحی مدار و پد:

پدهای LED از طراحی "پد رسانای حرارتی" استفاده می‌کنند تا سطح تماس با سوبسترا افزایش یابد و گرما به سرعت منتقل شود؛

مدار توان بالا از فویل مسی عریض‌تر و مس ضخیم‌تر (2 اونس و بالاتر) استفاده می‌کند تا مقاومت و تولید گرما کاهش یابد؛

از وجود مناطق وسیع فویل مسی خودداری شده تا پیچش برد مدار چاپی ناشی از تنش حرارتی کاهش یابد.

بهینه‌سازی چیدمان:

اجزای تولیدکننده گرما به صورت پراکنده قرار داده شده‌اند تا از تمرکز گرما جلوگیری شود؛ مدار درایور و مدار منبع نور به صورت جداگانه قرار گرفته‌اند تا انتقال گرمای حاصل از آی‌سی درایور به LED جلوگیری شود.

ملاحظات طراحی سازگاری الکترومغناطیسی

جداکردن خطوط:

فاصله بین خطوط ولتاژ بالا و ولتاژ پایین ≥3 میلی‌متر است و خط برق اصلی و خط منبع نور ولتاژ پایین توسط یک شیار عایق از هم جدا شده‌اند؛

فیلترهای EMI به ترمینال‌های ورودی/خروجی مدار درایو اضافه شده‌اند تا از تشعشعات الکترومغناطیسی جلوگیری شود.

طراحی ارتینگ:

از ارتینگ تک‌نقطه‌ای برای جلوگیری از ایجاد حلقه‌های ارت استفاده می‌شود؛

زیرلایه فلزی یک برد مدار چاپی مبتنی بر فلز باید به ارت متصل شود تا اثر محافظتی شیلدینگ افزایش یابد؛

قطعات حساس باید نزدیک به فویل مسی ارت قرار گیرند تا تداخل کاهش یابد.

قوانین سیم‌کشی:

خطوط فرکانس بالا باید کوتاه و مستقیم باشند تا از سیم‌کشی پیچیده جلوگیری شود؛

خطوط برق و سیگنال به صورت عمود بر هم عبور داده شوند تا از اتصال الکترومغناطیسی کاسته شود.