PCB Đèn

Tổng quan

PCB chiếu sáng là các bảng mạch in được thiết kế đặc biệt cho các sản phẩm chiếu sáng khác nhau. Chúng là thành phần mang và kết nối chính của thiết bị chiếu sáng, chủ yếu dùng để hỗ trợ các chip/hạt LED, mạch điều khiển các thành phần, và thực hiện truyền tải điện năng và quản lý tản nhiệt. Chúng phù hợp với nhiều tình huống chiếu sáng khác nhau như đèn LED, bộ điều khiển đèn huỳnh quang truyền thống, và chiếu sáng năng lượng mặt trời, trong đó các PCB chiếu sáng LED đang là loại ứng dụng chủ đạo hiện nay.

Các mạch in chiếu sáng là các bảng mạch được thiết kế riêng theo đặc tính của thiết bị chiếu sáng. Những ưu điểm chính của chúng tập trung vào khả năng tản nhiệt, tính thích ứng và độ tin cậy yêu cầu của các tình huống chiếu sáng, như được mô tả chi tiết dưới đây:

Thiết kế tản nhiệt tập trung đảm bảo tuổi thọ của nguồn sáng

Các mạch in phổ biến cho đèn LED có độ dẫn nhiệt vượt xa so với các mạch in FR-4 thông thường. Các mạch in nền nhôm có độ dẫn nhiệt từ 1~3 W/(m・K), trong khi các mạch in nền đồng có độ dẫn nhiệt lên tới 200~400 W/(m・K). Chúng có thể nhanh chóng dẫn nhiệt sinh ra bởi các chip LED trong quá trình hoạt động, ngăn ngừa hiện tượng suy giảm ánh sáng và cháy hỏng do quá nhiệt, từ đó kéo dài đáng kể tuổi thọ của thiết bị chiếu sáng LED . Một số mạch in PCB gốm cao cấp dùng trong chiếu sáng cũng có thể đáp ứng yêu cầu tản nhiệt trong các tình huống chiếu sáng công suất cực cao.

Thích ứng với các yêu cầu cấu trúc và chức năng của thiết bị chiếu sáng

• Hình dạng linh hoạt: Có thể được tùy chỉnh thành dạng vòng, cung, dạng linh hoạt hoặc dạng tấm cứng không đều theo thiết kế của đèn, thích ứng với không gian lắp đặt của các loại đèn khác nhau như bóng đèn, đèn chiếu điểm và đèn đường;

• Tích hợp chức năng: Hỗ trợ tích hợp mạch điều khiển LED, mạch điều khiển và mạch nguồn sáng trên cùng một bản mạch PCB, đơn giản hóa cấu trúc bên trong của đèn và giảm độ khó trong lắp ráp;

• Tương thích với các loại vỏ bọc: Phù hợp với nhiều dạng đóng gói LED khác nhau như SMD và DIP, đáp ứng yêu cầu lắp đặt nguồn sáng cho các sản phẩm chiếu sáng khác nhau.

Chịu nhiệt độ cao và độ tin cậy trong môi trường

Được làm từ chất nền chịu nhiệt độ cao và mực chống hàn, có thể chịu được dải nhiệt độ hoạt động của đèn LED trong thời gian dài (-20~85℃), và một số loại PCB chiếu sáng đặc biệt thậm chí có thể thích nghi với môi trường khắc nghiệt ở mức -40~125℃ mà không bị biến dạng chất nền, lão hóa mạch hay bong tróc mực chống hàn do nhiệt độ cao; đồng thời, có tính năng chống ẩm và chống ăn mòn tốt, phù hợp với các ứng dụng chiếu sáng trong nhà và ngoài trời thuận lợi.

Hiệu suất điện ổn định giúp giảm nguy cơ hỏng hóc

Bố trí mạch được tối ưu hóa giúp giảm ảnh hưởng của nhiễu điện từ đến độ ổn định phát sáng của LED; mạch in chiếu sáng công suất lớn áp dụng thiết kế lá đồng rộng và lớp đồng dày để giảm điện trở đường mạch, tránh hiện tượng sụt áp hoặc quá nhiệt đường dây khi truyền dòng điện lớn, đảm bảo độ ổn định về độ sáng và an toàn điện cho thiết bị chiếu sáng.

Cân bằng giữa chi phí và hiệu suất

Đối với các ứng dụng chiếu sáng dân dụng, tấm mạch in chiếu sáng FR-4 giá thấp có thể được sử dụng để đáp ứng nhu cầu của các đèn LED công suất thấp; đối với các ứng dụng công suất trung bình và cao, các tấm mạch in nền nhôm được sử dụng để đạt được khả năng tản nhiệt hiệu quả ở mức chi phí hợp lý, cân bằng giữa hiệu suất và kinh tế; quy trình sản xuất tiêu chuẩn hóa giúp giảm chi phí sản xuất hàng loạt và thuận tiện cho việc bảo trì và thay thế, từ đó nâng cao hơn nữa hiệu quả về chi phí tổng thể.

Đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn ngành chiếu sáng

Tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn cách điện và chống cháy cho thiết bị chiếu sáng nhằm ngăn ngừa các nguy cơ an toàn như chập mạch và cháy nổ, đặc biệt trong các tình huống chiếu sáng thương mại và công nghiệp, đáp ứng yêu cầu cao về an toàn các yêu cầu.

PCB Đèn và mạch in LED không phải là hai khái niệm hoàn toàn độc lập; chúng có mối quan hệ bao hàm và bị bao hàm, cũng như mối quan hệ giữa cái chung và cái riêng. Những điểm khác biệt và liên kết cốt lõi có thể được phân biệt rõ ràng từ các kích thước như định nghĩa, phạm vi và đặc điểm:

Định nghĩa cốt lõi và Sự khác biệt về phạm vi

PCB Đèn

Đây là thuật ngữ chung cho các mạch in (PCB) được thiết kế đặc biệt cho mọi loại thiết bị chiếu sáng, bao gồm tất cả các loại đèn . Chức năng chính của chúng là cung cấp kết nối mạch, hỗ trợ linh kiện và quản lý tản nhiệt cho các sản phẩm chiếu sáng khác nhau, phù hợp với đặc tính hoạt động của các nguồn sáng khác nhau.

Phạm vi: Bao gồm các mạch in (PCB) dùng cho đèn LED, chấn lưu đèn huỳnh quang, điều chỉnh độ sáng đèn sợi đốt và các mạch in khác cho mọi tình huống chiếu sáng.

Led pcb

Đây là một mạch in được thiết kế riêng cho nguồn sáng LED, thuộc một phân loại nhỏ của mạch in chiếu sáng. Nó chỉ phục vụ cho các thiết bị chiếu sáng LED (ví dụ như bóng đèn LED, đèn chiếu điểm, đèn đường, dải đèn LED), và cần phải phù hợp với đặc điểm điện áp thấp, dòng điện cao, và đặc tính sinh nhiệt cao của đèn LED.

Phạm vi: Chỉ dành cho các tình huống chiếu sáng bằng đèn LED, là thành phần cốt lõi của các mạch in chiếu sáng (chiếm hơn 90%, vì đèn LED hiện đang là nguồn sáng chủ đạo).

Tính liên quan và ứng dụng thực tiễn

Mối quan hệ bao hàm: PCB LED là phân loại phụ cốt lõi của PCB chiếu sáng. Khi LED thay thế các nguồn sáng truyền thống, hơn 95% PCB chiếu sáng trên thị trường hiện nay là PCB LED. Do đó, trong ngôn ngữ hàng ngày, "PCB chiếu sáng" thường được đồng nhất trực tiếp với "PCB LED", nhưng về mặt nghiêm ngặt, hai khái niệm này có phạm vi khác nhau.

Sự khác biệt trong thiết kế:

PCB chiếu sáng truyền thống: Không yêu cầu tản nhiệt mạnh; chất nền FR-4 là đủ. Cần tập trung tối ưu cách điện cho mạch điều khiển điện áp cao.

PCB LED: Tản nhiệt phải được ưu tiên hàng đầu. Mạch phải được thích ứng với đặc tính điều khiển dòng điện không đổi của đèn LED để tránh suy giảm ánh sáng do dao động dòng điện.

Các kịch bản trùng lặp: Tất cả các mạch in LED đều thuộc nhóm mạch in chiếu sáng, nhưng không phải mọi mạch in chiếu sáng đều là mạch in LED.

PCB Đèn thiết kế cần cân bằng giữa tản nhiệt, hiệu suất điện, tính tương thích cấu trúc và các tiêu chuẩn ngành. Các thách thức cốt lõi nằm ở quản lý nhiệt và khả năng tương thích điện từ, với những điều sau những Yếu Tố Cần Lưu Ý: Các Thách Thức Thiết Kế Cốt Lõi

Thách thức trong Quản lý Nhiệt

• Thách thức: Các đèn LED và các nguồn sáng khác tạo ra nhiệt độ tập trung trong quá trình hoạt động. Việc tản nhiệt kém có thể dẫn đến suy giảm ánh sáng nhanh hơn, rút ngắn tuổi thọ và thậm chí làm cháy linh kiện. Các nền tảng FR-4 truyền thống có khả năng dẫn nhiệt kém, do đó cần cân nhắc giữa tản nhiệt và chi phí trong các thiết kế PCB nền kim loại. độ dẫn nhiệt, đòi hỏi sự cân bằng giữa tản nhiệt và chi phí trong các thiết kế PCB nền kim loại.

• Nguyên nhân gốc rễ: PCB chiếu sáng bị giới hạn về không gian, khiến việc bố trí các cấu trúc tản nhiệt lớn trở nên khó khăn. Các nguồn sáng khác nhau có đặc tính phát nhiệt rất khác nhau, do đó cần tối ưu hóa thiết kế tản nhiệt một cách định hướng. tán nhiệt thiết kế.

Vấn đề Nhiễu điện từ (EMI)

• Thách thức: Các mạch điều khiển có xu hướng phát sinh bức xạ điện từ, có thể gây nhiễu cho các tín hiệu điều khiển của thiết bị chiếu sáng hoặc các thiết bị điện tử xung quanh. Hơn nữa, các PCB chiếu sáng phải đáp ứng các yêu cầu chứng nhận EMC chứng nhận.

• Nguyên nhân gốc rễ: Các PCB chiếu sáng thường tích hợp mạch nguồn, mạch điều khiển và mạch nguồn sáng, với các mạch điện áp cao và thấp cùng tồn tại, khiến việc ghép nối điện từ trở nên dễ dàng. Thiết kế kích thước nhỏ dẫn đến khoảng cách giữa các đường mạch gần nhau, làm tăng nguy cơ nhiễu. các đường mạch, làm tăng nguy cơ nhiễu.

Tính tương thích về cấu trúc và lắp đặt

• Thách thức: Các thiết bị chiếu sáng có nhiều hình dạng khác nhau (hình vòng, cong, siêu mỏng), đòi hỏi các PCB chiếu sáng phải phù hợp với các cấu trúc bất thường này đồng thời đảm bảo bố trí linh kiện gọn gàng; các PCB chiếu sáng ngoài trời cũng cần đáp ứng yêu cầu chống nước, chống bụi và chịu rung động.

• Nguyên nhân gốc rễ: Các thiết bị chiếu sáng dân dụng/thương mại có yêu cầu nghiêm ngặt về hình thức và kích thước, đòi hỏi thiết kế PCB phải cân bằng giữa chức năng điện và lắp đặt cơ khí.

An toàn và độ tin cậy về điện

• Thách thức: PCB chiếu sáng liên quan đến nguồn điện lưới và nguồn sáng điện áp thấp. Việc cách ly không đầy đủ giữa điện áp cao và thấp có thể dễ dàng dẫn đến rò rỉ và chập mạch. Hoạt động lâu dài trong điều kiện nhiệt độ cao/ẩm ướt có thể gây lão hóa mạch và hỏng mối hàn.

• Nguyên nhân gốc rễ: Thiết bị chiếu sáng được sử dụng trong các tình huống phức tạp với tiêu chuẩn an toàn cao.

Các yếu tố thiết kế chính: Lựa chọn vật liệu nền

• Chiếu sáng công suất thấp: Sử dụng vật liệu nền FR-4, và tản nhiệt được hỗ trợ bằng cách tăng diện tích đồng;

• Chiếu sáng công suất trung bình và cao: ưu tiên sử dụng PCB nền nhôm, và dùng PCB nền đồng hoặc gốm cho công suất cực cao;

• Đèn chiếu sáng linh hoạt: sử dụng đế PI có độ dẫn nhiệt cao, kèm theo lớp tản nhiệt bằng nhôm.

Thiết kế mạch và miếng đệm:

Các miếng đệm LED áp dụng thiết kế "miếng đệm dẫn nhiệt" để tăng diện tích tiếp xúc với đế và truyền nhiệt nhanh chóng;

mạch công suất cao sử dụng lá đồng rộng hơn và dày hơn (2oz trở lên) để giảm điện trở và sinh nhiệt;

tránh bố trí các vùng lá đồng lớn nhằm giảm hiện tượng cong vênh PCB do ứng suất nhiệt gây ra.

Tối ưu hóa bố trí:

Các thành phần sinh nhiệt được phân bố đều để tránh tập trung nhiệt; mạch điều khiển và mạch nguồn sáng được bố trí riêng biệt để ngăn nhiệt từ IC điều khiển truyền sang LED.

Các yếu tố thiết kế về tương thích điện từ

Cách ly đường dây:

Khoảng cách giữa các dây dẫn điện áp cao và thấp ≥3mm, và dây nguồn điện áp thấp được cách ly với dây nguồn điện áp cao bằng rãnh cách điện;

Bộ lọc EMI được thêm vào các đầu vào/ra của mạch điều khiển để ức chế bức xạ điện từ.

Thiết kế nối đất:

Sử dụng nối đất một điểm để tránh tạo thành vòng lặp nối đất;

lớp nền kim loại của bảng mạch PCB nền kim loại cần được nối đất để tăng hiệu quả chắn sóng;

các linh kiện nhạy cảm nên được đặt gần lá đồng nối đất để giảm nhiễu.

Quy tắc đi dây:

Các dây dẫn tần số cao được đi ngắn và thẳng để tránh đi dây vòng vèo;

các dây nguồn và dây tín hiệu đi vuông góc với nhau để giảm ghép điện từ.