Überprüfen Sie mein erstes PCB-Design auf Fehler (einfache Hochleistungs-LED-Schaltung)

Dies ist keine vollständige Bewertung, aber beginnen wir mit dem Offensichtlichen. In Cyan haben Sie ein Seide-zu-Löt-Problem. (Es ist Siebdruck, nicht wahr?) Wenn Ihr Abstand zwischen Seide und Lötmittel falsch ist, wird Ihr Siebdruck möglicherweise nicht richtig wiedergegeben. Kein großes Problem, aber hey...

In Pink haben Sie Spuren, die kurzgeschlossen aussehen. Selbst wenn sie es nicht sind, haben sie wahrscheinlich nicht genug Abstand. Dies ist der Spur-zu-Spur-Abstand. Während es möglich ist, für sehr hochwertige Leiterplatten bis auf 2 mil zu gehen, werden Sie diese wahrscheinlich mit einem billigen Leiterplattenhersteller produzieren. Daher sollten Sie deren DFM-Regeln befolgen. Normalerweise verlangen sie 8 Mil (Quelle: iteadstudio). Das ist ihr Maximum. Wenn Sie größere nehmen können, haben Sie eine bessere Ausbeute (weniger geschabter Karton in der großen Produktion). Bei der Arbeit verwenden wir 20 mil sogar von namhaften Herstellern, wenn wir können. Es ist nicht immer möglich, aber für Ihr Board sieht es möglich aus, also sollten Sie es tun.

Gelb: Sie haben Probleme mit der Spur-zu-Loch-Abstand. Erkundigen Sie sich erneut bei Ihrem Hersteller; Wenn Sie es sich leisten können, nehmen Sie sich so viel Abstand wie möglich. 20 mil ist kein Luxus, wenn Sie so viel Abstand um Ihre Spuren haben können.

Ihr Bauteil-zu-Leiterplatte-Abstand sieht sehr eng aus. Sie sollten mindestens 50 mil haben, damit die V-Nut oder ein anderes Werkzeug, das Sie zum Schneiden dieser Bretter verwenden möchten, Ihre Spur / Pads nicht abreißt.

All diese Abstände machen den Unterschied zwischen einem Design, das funktioniert, und einem Design, das zuverlässig hergestellt werden kann.

Aus aktueller Sicht ist es in Ordnung, auf Spurenstrom zu prüfen, aber das ist nicht die einzige Spezifikation: * Welche Temperaturerhöhung können Sie tolerieren? * Welchen Spannungsabfall können Sie tolerieren? Viel Strom auf einer kleinen Spur verursacht einen gewissen Spannungsabfall. Sie könnten Ihre Schaltung anpassen, aber das ist erwähnenswert. * Welcher Strom muss durch Ihre Vias fließen? Die Durchkontaktierungen müssen in der Lage sein, all diesen Strom auch durchzulassen.

Jetzt sprachen einige Leute von einer Masseebene. Möglicherweise benötigen Sie einen, um EMI zu reduzieren, wenn Ihre LEDs mit einem PWM (Schalt-LED-Treiber) angesteuert werden. Ein Hobel trägt auch dazu bei, Kupfer auf Ihrer Platine für den Ätzprozess auszugleichen und die Kosten bei der Produktion zu senken (weniger Ätzmittelverbrauch, bessere Ausbeute, schnelleres Ätzen usw.). Diese Ebene kann auch eine andere Verwendung haben, die wahrscheinlich die wichtigste für Ihr Design ist: Wärme ableiten. Sie haben 25x 1-3W LEDs, die Wärme abführen müssen. Wenn Sie ein Flugzeug haben, leitet der Küfer die Wärme ab. Wenn Sie dies nicht tun, müssen Ihre LEDs diese Wärme über ihre Verbindungsstelle zur Luftschnittstelle selbst abführen. Dies kann Ihre maximale Lichtleistung oder die maximale Lebensdauer Ihrer LEDs reduzieren, wenn Sie sich nicht darum kümmern.

Wenn Sie eine Erdungs-/Stromversorgungsebene verwenden, stellen Sie sicher, dass Ihre Pad-zu-Ebene-Verbindungen thermisch entlastet sind, um das Löten zu erleichtern.

Sie haben keine Befestigungslöcher. Wird dies erwartet?

Sie scheinen keine Siebdruckbezeichner auf Ihren LEDs oder Anschlüssen zu haben. Dies ist aus Debugging- und Orientierungssicht schlecht. Was ist oben und was ist unten? Was bleibt, was ist richtig? Kannst du dieses Ding zusammenbauen, ohne darüber nachdenken zu müssen?

Schließlich müssen Sie sich um Poka-Yoke kümmern (d. h. sicherstellen, dass ein betrunkener Idiot das zu 100 % fehlerfrei zusammenbauen kann). Sie müssen Ihre LED-Ausrichtung identifizieren. Sie müssen Ihre Steckerausrichtung identifizieren (es sei denn, es handelt sich um einen rechtwinkligen Stecker?). Wenn Sie können, machen Sie Ihren Pin so, dass Sie die Platine umgekehrt anschließen können, ohne etwas zu beschädigen.

Hoffe das hilft.

In den letzten Jahren habe ich mit der Gartenbauabteilung der Universität von Florida zusammengearbeitet und ihnen bei ihren Forschungsprojekten geholfen, bei denen sie LEDs verwenden.

Bei LEDs dreht sich alles um das Wärmemanagement. Du hast keine.

Ein weiteres Problem, das Sie möglicherweise haben, das die meisten LED-Designs nicht haben, sind mehrere Farben bei mehreren einstellbaren Strömen. Die Verwendung eines anderen Stroms für jeden Kanal ist das größte Problem.

Fünf LEDs in einer Kette sind eine ungerade Zahl. An die Stromversorgung muss man denken. Welche Versorgungsspannung verwenden Sie? Dafür benötigt man mindestens 16V, je nach verwendetem Treiber evtl. 20V.

Mehr LEDs pro Stich mit geringerem Strom sind thermisch einfacher zu handhaben.

Wenn Sie nicht Ihren eigenen Treiber entwerfen möchten, sollten Sie einen Mean Well HLG-40H-54B verwenden und die Anzahl der LEDs auf 16 oder 21 für Rot erhöhen. Sie werden sehen, dass Ihr Board so wie es ist nicht sehr viel Licht bekommt. Das große Problem ist das fehlende Thermomanagement. Der einfachste Weg, dies zu beheben, besteht darin, mehr LEDs zu verwenden, die mit weniger Strom betrieben werden. Sie könnten einen HLG-40H-36B verwenden, um 10 LEDs anzusteuern. Ich nehme an, Sie müssen die Ausgabe mit einiger Präzision einstellen. Mit dem HLG Typ B haben Sie die vollständige Kontrolle über das Dimmen mit einem Widerstand, Potentiometer, PWM oder einer Gleichspannung von 0-10 V.

Eine andere Möglichkeit wäre, ein Netzteil und ein Mean Well LDD-350L oder LDD-350LW für 3,50 bis 4,00 US-Dollar für jede Saite zu verwenden. Dies sind 9-32-V-Treiber, die bis zu 10 LEDs versorgen können. Sie haben auch eine 56-V-LDD-HS-Serie.

Wenn die Qualität des Dimmens ein Problem ist oder Sie mehr als 350 mA benötigen (zweifelhaft), ist das 1,5-A-Evalboard EVALLED-ILD6150 von Infineon Technologies ein sehr guter Treiber für 17 US-Dollar pro Stück. Die LDD-Module machen einen sehr guten Job.

Was auch immer Sie tun, treiben Sie die Saiten NICHT parallel ohne Symmetrierschaltung (zB LM3466). Verwenden Sie einen Treiber pro Zeichenfolge.

Sie könnten ein einzelnes Netzteil und einen Abwärts-Konstantstromregler mit einer Stromeinstellung (Dimmer) verwenden, um jede Saite anzusteuern.

Für die Platine. Es ist am besten zu versuchen, die Leiterbahnen alle auf einer Seite der Leiterplatte zu halten, um die Anzahl der Durchkontaktierungen zu minimieren und Ihnen die Option von MCPCBs zu geben. Sie könnten die LED-Schienen entlang der Seiten der Platine führen. Bewahren Sie die andere Seite der Leiterplatte für Strom-, Erdungs- und Wärmemanagement auf. Legen Sie die Daisy-Chain-Stromschienen besser noch nicht auf die Platine.

Ich habe eine Platine, an der ich gerade arbeite, die 4 Reihen mit 16 LEDs auf einer 9 mm breiten Platine hat. Alle LED-Schienen (15mil/.381mm) befinden sich auf der Unterseite. Der Footprint enthält eine Durchkontaktierung für Anode und Kathode. Ein Footprint für jede Saite. Footprints passen sowohl zu Cree als auch zu OSRAM. Das mittlere Pad ist das Wärmeleitpad.

Mit vier Saiten pro Streifen kann ich zwei Streifen an einem einzigen Kühlkörper montieren und ich kann bis zu 8 Kanäle pro Streifen haben. Der Kühlkörper dient gleichzeitig als Befestigungsrahmen. Wenn ich viele Photonen brauche (z. B. Cannabis), kann ich Kupferwasserrohre als Kühlkörper verwenden und sie sehr kostengünstig mit Wasser kühlen.

Sie können einseitig geführt werden.

Verwenden Sie 2 Unzen Kupfer, es kostet nicht mehr als 1 Unze. es sei denn, Sie gehen nackte Knochen.

Ich habe Streifen verwendet, die an einem Kühlkörper befestigt sind, anstatt eine größere Leiterplatte. Auf einem Board wie Ihrem sind die inneren LEDs schwer kühl zu halten. Und der Abstand zwischen den LEDs war verschwendete Immobilien. Als ich mit UF anfing, hatten sie einige größere Platinen (550 mm x 100 mm) mit 6 Kanälen mit 3 LEDs und einem separaten Treiber für jeden Kanal.

Dieses Board könnte etwa 300 mA verarbeiten, ohne dass die beiden Lüfter laufen. Bei 300mA könnten wir locker 300 µmol/m²/s bei einer Höhe von 400mm bekommen. Dies ist ein zweiseitiger FR4, bei dem die Unterseite fast ausschließlich aus Kupfer besteht, das für freie Konvektionskühlung verwendet wird. Ich denke, das ist eine Menge verschwendeter Immobilien.

Auf meinen ersten LED-Streifen habe ich auch Stromschienen für Daisy-Chaining gelegt. Das mache ich nicht mehr. Es ist am besten, dies den Drähten zu überlassen. Verschwendet nur PCB-Platz und die Steckverbinder sind im Weg. Habe sie nie benutzt.

Ich habe thermische Durchkontaktierungen auf einem FR4 verwendet, anstatt eine Metallkern-Leiterplatte zu verwenden. Ich folgte den Vorschlägen von Cree und Lumiled für das PCB-Layout mit Kupfer, um die Wärme ohne Kühlkörper abzuleiten. Aus der Temperaturtabelle (unten) können Sie sehen, dass es sehr wenig gut gemacht hat.

Für FR4-Boards empfiehlt " jeder " thermische Durchkontaktierungen, bei denen der Kühlkörper an der Unterseite des Boards montiert ist. Ich habe einen anderen Weg gefunden. Ich befestige den Kühlkörper an der LED-Seite der Platine, sodass vom Wärmeleitpad bis zum Kühlkörper massives Kupfer vorhanden ist. Ich habe die thermischen Durchkontaktierungen verwendet, um die Temperatur des Wärmeleitpads zu messen.

Das große Pad ist das Wärmeleitpad für die Rebel LEDs.

So sieht 1 Ampere ohne Thermomanagement aus. Ich versuchte, die Anzahl der Löcher zu reduzieren, die ich in den Kühlkörper bohren musste. Die Platine berührte den Kühlkörper unter diesen beiden LEDs nicht.

Ich verlängerte das Wärmeleitpad bis zum Rand der Platine und fügte jedem Pad ein Schraubenloch für den Kühlkörper hinzu. Auf diese Weise konnte ich den Kühlkörper auf der gleichen Seite der Platine wie das Wärmeleitpad anbringen und musste mich nicht mit den thermischen Durchkontaktierungen herumschlagen.

Diese billigen "Epistar" werden normalerweise nicht von Epistar hergestellt, sondern von anderen, weniger zuverlässigen Anbietern. Die Datenblätter für diese billigen chinesischen LEDs sind scheiße. Die Datenblätter, die ich gesehen habe, geben eine maximale Temperatur von 55 ° C an, wobei die LEDs der Spitzenklasse eher bei 150 ° C liegen.

Nachfolgend finden Sie eine Tabelle mit gemessenen Temperaturen und Strömen für Lumiled Rebel ES-LEDs. Ohne signifikantes Wärmemanagement können Sie sie möglicherweise mit maximal 200 mA betreiben, bevor sie überhitzen. Siehe hervorgehobene Zeilen. Die PPFD-Spalte ist µmol/m²/s und dies gilt für einen Streifen von 16 Rebel White LEDs in einem Abstand von 12-18 Zoll. Die LEDs mit dem höchsten Wirkungsgrad (z. B. Cree XP-G3 Royal Blue) haben eine maximale PFD von 2,77 µmol/s bei 350 mA.

Ich weiß nicht, wie viele µmol Sie benötigen, bei Geweben gehe ich von höchstens 150 µmol/m²/s aus. Sie könnten das bekommen, wenn der Abstand zu dieser Platine etwa 50 mm beträgt.

Verwenden Sie NICHT diese billigen chinesischen LEDs. Sie werden sehr problematisch sein. Sie brauchen Gleichmäßigkeit und die bekommen Sie mit diesen LEDs nicht.

Wenn Sie eine Arbeit über Ihre Experimente schreiben, ist es möglich, dass niemand Ihre Ergebnisse validieren kann, da die Leistung dieser LED-Typen unterschiedlich ist.

Bei der Bewertung von LEDs ist der thermische Widerstand des Gehäuses sehr wichtig.

Die „Epiled“-LEDs erzeugen mehr Watt Wärme als Licht.

Verbesserte Wirksamkeit entspricht weniger Hitze.

Wenn Sie blau-rote oder andersfarbige LEDs verwenden, würde ich vorschlagen, OSRAM Olson SSL 150 LEDs mit einem Abstand von etwa 20-25 mm zwischen den LEDs zu verwenden. Wenn weiß Cree XP-G3. Diese erhalten bis zu 700 mW Photonen für jedes Watt Elektrizität.

Kurzüberblick:

3-W-LEDs benötigen eine angemessene Kühlung. Ich sehe hier kein Thermomanagement. Die LEDs brennen ziemlich schnell. Sie könnten ein paar Sekunden dauern.

In Anbetracht der Leistungsdichte erfordert dies eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB), die von einem Kühlkörper mit angemessener Leistung unterstützt wird.