แผงวงจรไฟฟ้าสำหรับระบบไฟส่องสว่าง

ภาพรวม

แผงวงจรไฟฟ้าสำหรับระบบแสงสว่าง เป็นแผงวงจรพิมพ์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับผลิตภัณฑ์ไฟส่องสว่างต่างๆ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรองรับและเชื่อมต่อหลักของอุปกรณ์ให้แสงสว่าง โดยใช้หลักในการรองรับชิป/เม็ด LED วงจรขับเคลื่อน ส่วนประกอบ และทำหน้าที่ส่งพลังงานไฟฟ้า รวมถึงจัดการการระบายความร้อน เหมาะสำหรับสถานการณ์การให้แสงสว่างต่างๆ เช่น ไฟ LED ขับเคลื่อนหลอดฟลูออเรสเซนต์แบบดั้งเดิม และระบบแสงสว่างพลังงานแสงอาทิตย์ โดยปัจจุบันแผงวงจรไฟฟ้า LED ถือเป็น ประเภทการใช้งานหลักที่นิยมใช้มากที่สุด

แผงวงจรไฟฟ้าสำหรับระบบแสงสว่างเป็นแผงวงจรที่ออกแบบเฉพาะตามลักษณะของอุปกรณ์ให้แสงสว่าง ข้อได้เปรียบหลักของมันอยู่ที่การออกแบบเพื่อตอบสนองความต้องการด้านการระบายความร้อน ความเหมาะสม และความน่าเชื่อถือ ของสถานการณ์การให้แสงสว่าง ดังที่แสดงไว้ด้านล่าง:

การออกแบบการระบายความร้อนเฉพาะจุดเพื่อให้มั่นใจในอายุการใช้งานของแหล่งกำเนิดแสง

แผ่นวงจรพีซีบีหลักสำหรับไฟแอลอีดีมีการนำความร้อนสูงกว่าแผ่นพีซีบีแบบธรรมดา FR-4 อย่างมาก แผ่นพีซีบีที่ใช้อลูมิเนียมเป็นฐานมีค่าการนำความร้อนที่ 1~3 วัตต์/(เมตร·เคลวิน) ในขณะที่แผ่นพีซีบีที่ใช้ทองแดงเป็นฐานมีค่าการนำความร้อนสูงถึง 200~400 W/(m・K) สามารถนำความร้อนที่เกิดจากชิป LED ระหว่างการทำงานออกไปอย่างรวดเร็ว ป้องกันการหรี่แสงและการไหม้เนื่องจากความร้อนสูงเกิน และยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ให้แสง LED อย่างมีนัยสำคัญ บางแผ่นวงจรพิมพ์เซรามิกระดับสูงก็สามารถปรับให้เหมาะสมกับข้อกำหนดการกระจายความร้อนในสถานการนั่งไฟที่มีกำลังไฟฟ้าสูงสุดเกินปกติ

ปรับให้เข้ากับข้อกำหนดด้านโครงสร้างและฟังก์ชันของอุปกรณ์ให้แสงสว่าง

• รูปร่างที่ยืดหยุ่น: สามารถผลิตตามแบบเป็นรูปวงแหวน เส้นโค้ง แผ่นยืดหยุ่น หรือแผ่นแข็งรูปร่างไม่ปกติ ตามการออกแบบของโคมไฟ เพื่อให้เหมาะสมกับพื้นที่ติดตั้งของโคมไฟประเภทต่างๆ เช่น หลอดไฟ ไฟสปอตไลท์ และไฟถนน

• ฟังก์ชันแบบบูรณาการ: รองรับการรวมวงจรไดรเวอร์ LED วงจรควบคุม และวงจรแหล่งกำเนิดแสงบนแผ่น PCB เดียวกัน ทำให้โครงสร้างด้านในของโคมไฟเรียบง่ายและลดความยุ่งยากในการประกอบ

• ความเข้ากันได้ของแพ็กเกจ: สามารถปรับให้เหมาะสมกับรูปแพ็คเกจ LED ต่างๆ เช่น SMD และ DIP เพื่อตอบสนองข้อกำหนดการติดตั้งแหล่งกำเนิดแสงของผลิตภัณฑ์ให้แสงที่แตกต่าง

ทนต่ออุณหภูมิสูงและมีความน่าเชื่อถือในด้านสิ่งแวดล้อม

ผลิตจากวัสดุซับสเตรตและหมึกต้านการบัดกรีที่ทนต่ออุณหภูมิสูง สามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิของ LED เป็นเวลานาน (-20~85℃) โดยบางประเภทของ PCB สำหรับไฟส่องสว่างพิเศษสามารถใช้งานได้ในสภาวะแวดล้อมสุดขั้วที่ -40~125℃ โดยไม่เกิดการบิดงอของซับสเตรต การเสื่อมสภาพของวงจร หรือการลอกของหมึกต้านการบัดกรีจากความร้อนสูง พร้อมทั้งมีคุณสมบัติกันความชื้นและต้านทานการกัดกร่อนได้ดี เหมาะสำหรับการใช้งานในระบบไฟส่องสว่างทั้งภายในและภายนอกอาคาร สถานการณ์

ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่มั่นคง ช่วยลดความเสี่ยงในการเกิดข้อผิดพลาด

การจัดวางวงจรที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมช่วยลดผลกระทบจากสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าต่อความมั่นของแสง LED; แผ่นวงจรไฟกำลังสูงใช้การออกแบบแผ่นฟอยล์ทองแดงที่กว้างและหนา ลดความต้านทานในเส้นสาย หลีกเลี่ยงปัญหาแรงดันตกหรือการร้อนเกินของเส้นสายเมื่อมีการส่งกระแสไฟฟ้าสูง และรับประกันความเสถียรของความสว่างและความปลอดภัยทางไฟฟ้าของอุปกรณ์ให้แสงสว่าง

ความสมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพ

สำหรับการใช้งานด้านการให้แสงสว่างทั่วไป สามารถใช้ PCB สำหรับโคมไฟ FR-4 ที่มีต้นทุนต่ำเพื่อตอบสนองความต้องการของ LED กำลังต่ำ; สำหรับการใช้งานระดับกลางถึงสูง จะใช้ PCB แบบพื้นฐานอลูมิเนียมเพื่อให้เกิดการระบายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพในต้นทุนที่ ปานกลาง โดยสร้างสมดุลระหว่างสมรรถนะและเศรษฐกิจ; กระบวนการผลิตแบบมาตรฐานช่วยลดต้นทุนในการผลิตจำนวนมาก และอำนวยความสะดวกในการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนชิ้นส่วน ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมด้านต้นทุนได้ดียิ่งขึ้น

เป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยของอุตสาหกรรมการให้แสงสว่าง

ยึดมั่นอย่างเคร่งครัดต่อมาตรฐานฉนวนกันความร้อนและวัสดุทนไฟสำหรับอุปกรณ์ให้แสงสว่าง เพื่อป้องกันอันตรายต่อความปลอดภัย เช่น วงจรถดสายและไฟไหม้ โดยเฉพาะในสถานการณ์การให้แสงสว่างเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม ซึ่งต้องสอดคล้องตามมาตรฐานความปลอดภัยสูง ข้อกำหนด

แผงวงจรไฟฟ้าสำหรับระบบไฟส่องสว่าง และแผงวงจรพิมพ์ LED ไม่ใช่แนวคิดที่แยกจากกันอย่างสิ้นเชิง ทั้งสองมีความสัมพันธ์แบบรวมและถูกรวม รวมถึงการประยุกต์ใช้ทั่วไปและเฉพาะเจาะจง ความแตกต่างและข้อเชื่อมโยงหลักสามารถแยกแยะได้อย่างชัดเจนจาก มิติต่างๆ เช่น นิยาม ขอบเขต และลักษณะเฉพาะ:

ข้อแตกต่างของนิยามหลักและขอบเขต

แผงวงจรไฟฟ้าสำหรับระบบไฟส่องสว่าง

นี่คือคำเรียกทั่วไปสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับอุปกรณ์ให้แสงสว่างทุกประเภท ครอบคลุมอุปกรณ์ทุกชนิด หน้าที่หลักคือการจัดเตรียมเส้นทางเชื่อมต่อวงจร การรองรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ และการจัดการการระบายความร้อนสำหรับผลิตภัณฑ์ให้แสงสว่างต่างๆ ปรับให้เข้ากับลักษณะการทำงานของแหล่งกำเนิดแสงที่แตกต่างกัน

ขอบเขต: รวมถึง PCB สำหรับไฟ LED, บัลลาสต์หลอดฟลูออเรสเซนต์, การหรี่แสงหลอดไส้ และแผงวงจรพิมพ์อื่นๆ สำหรับสถานการณ์การให้แสงสว่างทุกรูปแบบ

แผงวงจรพิมพ์

นี่คือแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับแหล่งกำเนิดแสง LED จัดอยู่ในกลุ่มย่อยของแผงวงจรพิมพ์สำหรับการให้แสงสว่าง โดยใช้กับอุปกรณ์ให้แสงสว่างแบบ LED เท่านั้น (เช่น หลอดไฟ LED ไฟสปอตไลต์ ไฟถนน และแถบแสง LED) และต้องสอดคล้องกับลักษณะของ LED ที่ใช้แรงดันต่ำ กระแสไฟสูง และ และลักษณะการสร้างความร้อนสูงของ LED

ขอบเขต: เฉพาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานไฟ LED เท่านั้น โดยเป็นส่วนประกอบหลักของแผงวงจรให้แสงสว่าง (คิดเป็นมากกว่า 90% เนื่องจาก LED เป็นแหล่งกำเนิดแสงหลักในปัจจุบัน)

ความเกี่ยวข้องและการประยุกต์ใช้งานจริง

ความสัมพันธ์แบบรวม: PCB LED เป็นหมวดย่อยหลักของ PCB สำหรับแสงสว่าง เมื่อ LED เข้ามาแทนแหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิม มากกว่า 95% ของ PCB สำหรับแสงสว่างในตลาดปัจจุบันเป็น PCB LED ดังนั้นในภาษาทั่วไป "PCB สำหรับแสงสว่าง" มัก เทียบเท่าโดยตรงกับ "PCB LED" แต่โดยหลักการแล้ว ทั้งสองอย่างมีขอบเขตกว้างต่างกัน

ความแตกต่างในการออกแบบ:

แผ่นวงจรพีซีบีสำหรับไฟฟ้าแบบดั้งเดิม: ไม่จำเป็นต้องระบายความร้อนอย่างเข้มข้น; แผ่นรองพื้นแบบ FR-4 เพียงพอแล้ว ควรเน้นการเพิ่มประสิทธิภาพฉนวนในวงจรไดรฟ์แรงดันสูง

แผงวงจรพีซีบีแบบ LED: ต้องให้ความสำคัญกับการระบายความร้อนเป็นอันดับแรก วงจรต้องได้รับการออกแบบให้เข้ากับคุณสมบัติของขับกระแสคงที่ของ LED เพื่อหลีกเลี่ยงการลดลงของแสงที่เกิดจากความผันผวนของกระแสไฟฟ้า

สถานการณ์ที่ทับซ้อนกัน: แผงวงจร LED ทุกชนิดจัดอยู่ในหมวดหมู่ของแผงวงจรให้แสงสว่าง แต่แผงวงจรให้แสงสว่างทุกชนิดไม่ได้เป็นแผงวงจร LED

แผงวงจรไฟฟ้าสำหรับระบบไฟส่องสว่าง การออกแบบจำเป็นต้องสร้างความสมดุลระหว่างการระบายความร้อน สมรรถนะทางไฟฟ้า ความเข้ากันได้ทางโครงสร้าง และมาตรฐานอุตสาหกรรม ปัญหาหลักอยู่ที่การจัดการความร้อนและการเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า โดยมีสิ่งต่อไปนี้ ปัจจัยสำคัญที่ควรพิจารณา: ปัญหาหลักในการออกแบบ

ความท้าทายในการจัดการความร้อน

• ความท้าทาย: LED และแหล่งกำเนิดแสงอื่นๆ จะสร้างความร้อนที่เข้มข้นระหว่างการทำงาน การระบายความร้อนที่ไม่ดีอาจทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของแสงเร็วขึ้น อายุการใช้งานสั้นลง และอาจทำให้ชิ้นส่วนไหม้ได้ ซับสเตรต FR-4 แบบดั้งเดิมมีความสามารถในการนำความร้อนต่ำ จึงจำเป็นต้องมีการถ่วงดุลระหว่างการระบายความร้อนกับต้นทุนในการออกแบบพีซีบีแบบโลหะ การนำความร้อน ต้นทุน

• สาเหตุหลัก: พีซีบีสำหรับระบบแสงสว่างมีข้อจำกัดด้านพื้นที่ ทำให้ยากต่อการจัดวางโครงสร้างระบายความร้อนขนาดใหญ่ แหล่งกำเนิดแสงแต่ละชนิดมีลักษณะการให้ความร้อนที่แตกต่างกันอย่างมาก จึงจำเป็นต้องมีการปรับแต่งการออกแบบการระบายความร้อนอย่างเฉพาะเจาะจง การออกแบบการระบายความร้อน

ปัญหาการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)

• ความท้าทาย: วงจรไดรเวอร์มีแนวโน้มที่จะสร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งอาจรบกวนสัญญาณควบคุมของอุปกรณ์ให้แสงสว่างหรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยรอบ นอกจากนี้ PCB สำหรับระบบให้แสงสว่างยังต้องเป็นไปตามข้อกำหนดการรับรอง EMC ข้อกำหนดการรับรอง

• สาเหตุหลัก: PCB สำหรับระบบให้แสงสว่างมักรวมวงจรแหล่งจ่ายไฟ วงจรควบคุม และวงจรแหล่งกำเนิดแสงเข้าด้วยกัน โดยมีวงจรแรงดันสูงและแรงดันต่ำอยู่ร่วมกัน ทำให้เกิดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าได้ง่าย การออกแบบขนาดเล็กทำให้ระยะห่างระหว่าง เส้นทางวงจรแคบลง เพิ่มความเสี่ยงต่อการรบกวน

โครงสร้างและการติดตั้งที่ต้องเข้ากันได้

• ความท้าทาย: อุปกรณ์ให้แสงสว่างมีรูปร่างหลากหลาย (รูปวงแหวน โค้ง เบาบางเป็นพิเศษ) ซึ่งต้องการให้ PCB สำหรับระบบให้แสงสว่างสามารถเข้ากับโครงสร้างที่ไม่สมมาตรเหล่านี้ได้ ในขณะเดียวกันก็ต้องมั่นใจในเรื่องการจัดวางชิ้นส่วนอย่างกะทัดรัด; PCB สำหรับระบบให้แสงสว่างภายนอกอาคารยังต้องเป็นไปตาม ข้อกำหนดด้านกันน้ำ กันฝุ่น และทนต่อการสั่นสะเทือน

• สาเหตุหลัก: อุปกรณ์ติดตั้งไฟฟ้าสำหรับการใช้งานด้านพลเรือน/เชิงพาณิชย์ มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับรูปลักษณ์และขนาด จำเป็นต้องออกแบบแผ่นวงจรพีซีบีที่สามารถถ่วงดุลระหว่างการทำงานทางไฟฟ้ากับการติดตั้งในเชิงกล

ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือทางไฟฟ้า

• ความท้าทาย: แผ่นวงจรพีซีบีสำหรับระบบแสงสว่างเกี่ยวข้องกับแหล่งจ่ายไฟหลักและแหล่งกำเนิดแสงแรงต่ำ การแยกส่วนระหว่างแรงดันสูงและแรงดันต่ำไม่เพียงพออาจทำให้เกิดการรั่วของกระแสไฟฟ้าและวงจรสั้นได้ง่าย อีกทั้งการใช้งานต่อเนื่องในสภาวะอุณหภูมิสูง/ความชื้น สูงอาจทำให้วงจรเสื่อมสภาพและข้อต่อตะกั่วบัดกรีเกิดความล้มเหลว

• สาเหตุหลัก: อุปกรณ์ให้แสงสว่างถูกใช้งานในสถานการณ์ที่ซับซ้อน โดยมีมาตรฐานความปลอดภัยสูง

ประเด็นสำคัญในการออกแบบ การเลือกวัสดุพื้นฐาน:

• ระบบให้แสงสว่างกำลังต่ำ: ใช้วัสดุพื้นฐานแบบ FR-4 และช่วยระบายความร้อนโดยการเพิ่มพื้นที่ทองแดง;

• ระบบให้แสงสว่างกำลังกลางและสูง: ควรใช้แผ่นพีซีบีที่มีฐานเป็นอลูมิเนียม และใช้พีซีบีที่มีฐานเป็นทองแดงหรือเซรามิกสำหรับกำลังไฟฟ้าสูงมาก;

• การให้แสงสว่างแบบยืดหยุ่น: ใช้แผ่นรองพื้น PI ที่นำความร้อนได้ดี มีแผ่นระบายความร้อนอลูมิเนียมรองอยู่ด้านหลัง

การออกแบบวงจรและแผ่นรอง:

แผ่น LED ใช้การออกแบบ "แผ่นนำความร้อน" เพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับตัวแผ่นรอง และสามารถถ่ายเทความร้อนได้อย่างรวดเร็ว;

วงจรสายไฟกำลังสูงใช้ฟอยล์ทองแดงที่กว้างขึ้นและหนาขึ้น (2 ออนซ์ขึ้นไป) เพื่อลดความต้านทานและการเกิดความร้อน;

หลีกเลี่ยงการใช้ฟอยล์ทองแดงในพื้นที่ขนาดใหญ่ เพื่อลดการบิดงอของแผ่น PCB อันเนื่องมาจากแรงดันความร้อน

การจัดวางเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ:

จัดวางชิ้นส่วนที่เกิดความร้อนให้กระจายตัว เพื่อป้องกันการสะสมความร้อน; แยกการจัดวางวงจรไดรเวอร์และวงจรแหล่งกำเนิดแสง เพื่อป้องกันไม่ให้ความร้อนจาก IC ไดรเวอร์ถ่ายเทไปยัง LED

พิจารณาการออกแบบเพื่อความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

การแยกเส้นสาย:

ระยะห่างระหว่างสายไฟแรงดันสูงและแรงดันต่ำมีค่า ≥3 มม. และสายไฟกระแสหลักกับสายแหล่งกำเนิดแสงแรงดันต่ำจะถูกแยกด้วยร่องฉนวน;

เพิ่มตัวกรอง EMI ที่ขั้วเข้า/ออกของวงจรไดรฟ์เพื่อกดการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า;

การออกแบบต่อพื้นดิน:

ใช้การต่อพื้นดินแบบจุดเดียวเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดวงจรต่อพื้นดิน;

ฐานโลหะของ PCB ที่ใช้โลหะเป็นฐานจำเป็นต้องต่อพื้นดินเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันสัญญาณรบกวน;

ควรจัดวางชิ้นส่วนที่ไวต่อสัญญาณรบกวนให้อยู่ใกล้กับแผ่นทองแดงที่ต่อพื้นดินเพื่อลดการรบกวน;

กฎการเดินสาย:

สายความถี่สูงควรสั้นและตรง เพื่อหลีกเลี่ยงการเดินสายแบบอ้อม;

สายไฟและสายสัญญาณควรไขว้กันในแนวตั้งฉากเพื่อลดการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า