Problemas de fiabilidad con una matriz de 91 Led de alta potencia

Question

He diseñado e impreso un PWB de 4 capas que se acomode a los 91 LEDs infrarrojos en un 7x13 diseño rectangular. Esto será utilizado como una luz de fondo para una máquina de la visión del proyecto. Estoy teniendo un problema donde cada uno de los LEDs están quemando o quizás convirtiéndose desconectado del circuito de alguna manera. Sospecho que la disipación de calor puede ser la causa del problema.

Imagen

Diseño de PCB

Cada fila de 7 LEDs (LED verde de texto) es la conexión en serie. El suministro de 12 v (VCC powerplane) se conecta a la primera de LED. El próximo 6 están conectados en serie. Por último, una limitación de corriente del resistor (verde I de texto) se conecta la última LLEVADO al plano de tierra.

Especificaciones:

• VCC avión: 12V, 2A suministro
• LED: TSHG6200. 100 ma máximo nominal de actual.
• Limitación de la corriente de resistencia: 20 ohmios
• Soldadura: Thermoflow Sn60/PB40
• Total estimado de la disipación de energía: 12V * 0.1 por fila * 13 filas = 15.6 W.
• El tamaño de la matriz: 13 filas de 7 LEDs, aproximadamente 7cm x 6cm

Las mediciones

Con una fuente de alimentación de 12V, hay alrededor de 1,45 V sobre cada LED, y acerca de 2.0 V por encima de la corriente de la resistencia limitadora, es decir, una corriente de 100 ma. Debido a esto es a la derecha en la máxima permitida actual, puse un grande de alta potencia, el potenciómetro entre la fuente de alimentación y el VCC plano, y lo utilizó para regular el voltaje de entrada a ser un poco menor (11.5 V o así). Esto hace que la corriente con seguridad por debajo de la cantidad máxima permitida.

También estoy usando un par Darlington para el control de la luz de fondo con un Arduino. La luz de fondo está encendida casi todo el tiempo, y de vez en cuando es pulsado apagado durante unos 30ms. No creo que esto es relevante para el problema, pero puede dar más detalles si es necesario.

Problema

Después de unos 10-30 minutos de uso, uno o más de las filas de LEDs se apagan. Si mido el voltaje a través de cada uno de los LED en el roto de la fila, la mayoría de los LEDs son alrededor de 0.8 V y uno tiene acerca de 8.0 V a través de ella. No hay corriente. A veces resoldering los pines o tocar el LED correcciones de este. A veces tiene que ser reemplazado. En cualquier caso, yo sólo conseguir otro 10-30 minutos de uso antes de que otro se va.

Otra observación es que toda la parte posterior de la junta es pegajoso. Usted puede ver esto en la imagen de arriba. Me pregunto si es demasiado caliente y la soldadura se está convirtiendo en peligro (tal vez emanaba de flujo??).

Pregunta

¿Qué debo tratar de mejorar la fiabilidad? Ya he intentado ejecutarlo en una menor tensión para obtener la corriente con seguridad por debajo de la calificación máxima. Me pregunto si tengo que usar un tipo diferente de soldadura? O algún tipo de disipador de calor? Los LEDs se caliente al tacto, pero no insoportable.

Edición, después de intentar sugerencias

Gracias a todos por los consejos! Yo hice algo muy simple -- apuntó con un equipo ventilador para soplar aire a través de la matriz-y funcionó de maravilla! Supongo que esto es muy obvio para muchos de ustedes, pero yo estaba sorprendido de lo enorme que era la diferencia.

Sin ventilador:

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

Así que entrar en la "zona de peligro" de la temperatura antes de llegar a la máxima corriente por el LED.

Con ventilador:

• 35mA por fila -> 26C
• 60mA por fila -> 30C
• 90mA por fila -> 34C

Me encontré en 90mA por fila y 34C por más de una hora sin problemas. Genial!!!

Answer 1

De la hoja de datos:

Figura 1. Máximo absoluto de avance actual.

y más adelante:

Figura 2. Reducción de la capacidad nominal de corriente del LED en el aumento de la temperatura.

La corriente y la temperatura son tus problemas. Se ejecuta en absoluto max corriente sin negar la habitación y se permite que la temperatura aumente. A 60° a la corriente máxima permitida cae dramáticamente.

Answer 2

Ya ha golpeado en la respuesta: el Led se pone caliente. 15 vatios puede no sonar como mucho, pero se trata de la construcción y matando a sus LEDs. Te sugiero que un termistor y adjuntarlo al centro de la tabla, a continuación, el monitor de la temperatura como funciona el sistema. Aún mejor, se adjunte al cuerpo de uno de los LEDs.

Debido a que usted está usando esto como una luz de fondo, no usar el estrecho haz de Led. Uso relativamente amplio haz de unidades, y el espacio que las separa, de modo que el aire pueda fluir a través. Si usted puede encontrar una fuente de, digamos, 35 LEDs de grado, instalar sólo uno en un patrón de tablero de ajedrez, soldadura puente como sea necesario. Sólo se obtendrá la mitad del total de brillo, pero eso es apenas perceptible, y la mejora en el flujo de aire debe ser de una gran ayuda. Usted también puede necesitar para proporcionar un ventilador con algunos conductos para mantener el flujo de aire a través de la matriz adecuada.

Y siempre incluyen un monitor de temperatura. Aunque no es directamente aplicable, este video de YouTube muestra los principios de la refrigeración. En tu caso, ya que usted tiene un bosque de verticalmente permanente de los LEDs, es importante no dejar que el Led se toquen unos a otros, ya que esto bloquea el flujo de aire.

Answer 3

Una rápida en google para "LED del disipador de calor" se encontrarán con una gran cantidad de soluciones adecuadas para enfriar su ardor-Led. Mi primera recomendación sería a su vez la parte superior de la PCB en un disipador de calor de la capa y el uso térmico adhesivo para pegar los LEDs. Me temo que más de la soldadura, pero hey ho.

Para más información, he encontrado que la Wikipedia tiene un enlace a varios LEDS de enfriamiento de la tecnología que pueden ser de su interés.