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bastelix(R)

05.09.2022,
01:01
 

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln (Bauelemente)

Servus Zusammen,

ich hatte vor längerem die Frage ob meine Kühlung für die LEDs ausreicht und XY hat mich die Spannung über die einzelnen LEDs messen lassen und meinte dann, dass die thermisch völlig gesund sind [1]. Das hat mir damals auch sehr weitergeholfen.

Mittlerweile habe ich einige weitere LED-Bastelprojekte vor. Natürlich will ich da erst mal die vor einiger Zeit relativ günstig in der Bucht gekauft LEDs verwenden und da es für die LEDs keine Datenblätter gibt empirisch die geeignete Kühlkörperdimensionierung ermitteln.

Ich habe dann versucht mit zu ergooglen wie die Berechnung/Abschätzung der LED-Gesundheit funktioniert. Da bin ich kläglich gescheitert. Ich habe nichts gefunden was das Thema hinreichend detailliert erklärt damit ich damit etwas anfangen kann. Meistens wollte man mir dann doch etwas fertiges verkaufen (google war auch schon mal besser :-( ) und keine Formeln verraten.

Wie kann ich abschätzen wie wohl sich die LED bei der aktuellen Kühlkörpertemperatur fühlt wenn ich nur die Spannung über die LED messe? Oder welche Suchbegriffe muss ich verwenden, damit ich da eine brauchbare Erklärung finde?

Ich kann ja nicht bei jedem Experiment einen neuen Thread erstellen und darauf hoffen, dass jemand Zeit und Lust hat sich das für mich mal anzuschauen.

[1] https://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_entry.php?id=286607

cmyk61(R)

E-Mail

Edenkoben, Rheinland Pfalz,
05.09.2022,
01:51
(editiert von cmyk61
am 05.09.2022 um 01:53)


@ bastelix

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

Moin,

meiner Ansicht nach ist die Fragestellung nach thermischer Gesundheit falsch.

Es stellt sich vielmehr die Frage: was soll meine LED leisten und daraus resultierend wie ist die wirtschaftliche Lebensdauer der betreffenden LED unter diesen Bedingungen.
Bei der Leistungsfähigkeit würde ich folgende Parameter ansetzen:
- Umgebungstemperatur
- Umgesetzte Verlustleistung
- Preis-Leistungsverhältnis der Kühlmaßnahmen
- Gewünschte Lebensdauer

und andere, die ich noch nicht auf dem Schirm hatte.

Begründung:
Wenn ich eine Led mit hoher Leistung betreibe, so muss ich damit rechnen, dass die Lebensdauer nicht sonderlich groß ist.
Natürlich kann ich durch exzessive Kühlmaßnahmen diese Lebensdauer vergrößern, jedoch sind Kühlmaßnahmen durch Bauform und Technologie begrenzt.
Auch die Frage der Kosten muss betrachtet werden. Lohnt es sich eine Kühlung mit Peltier-Element, Heatpipe, Wasserkühlung oder überdimensioniertem Kühlkörper zu konstruieren, oder ist es sinnvoller (und billiger), die LED in regelmäßigen Abständen zu tauschen?
Bei LEDs mit nur "Signalfunktion" und damit geringer Verlustleistung stellt sich solch eine Frage eher nicht.

Ich würde mal behaupten, dass die meisten lebensdauerreduzierenden Parameter aus den Datenblätter der LEDs herauszulesen ist.

Gruß
Ralf




» Servus Zusammen,
»
» ich hatte vor längerem die Frage ob meine Kühlung für die LEDs ausreicht
» und XY hat mich die Spannung über die einzelnen LEDs messen lassen und
» meinte dann, dass die thermisch völlig gesund sind [1]. Das hat mir damals
» auch sehr weitergeholfen.
»
» Mittlerweile habe ich einige weitere LED-Bastelprojekte vor. Natürlich will
» ich da erst mal die vor einiger Zeit relativ günstig in der Bucht gekauft
» LEDs verwenden und da es für die LEDs keine Datenblätter gibt empirisch die
» geeignete Kühlkörperdimensionierung ermitteln.
»
» Ich habe dann versucht mit zu ergooglen wie die Berechnung/Abschätzung der
» LED-Gesundheit funktioniert. Da bin ich kläglich gescheitert. Ich habe
» nichts gefunden was das Thema hinreichend detailliert erklärt damit ich
» damit etwas anfangen kann. Meistens wollte man mir dann doch etwas fertiges
» verkaufen (google war auch schon mal besser :-( ) und keine Formeln
» verraten.
»
» Wie kann ich abschätzen wie wohl sich die LED bei der aktuellen
» Kühlkörpertemperatur fühlt wenn ich nur die Spannung über die LED messe?
» Oder welche Suchbegriffe muss ich verwenden, damit ich da eine brauchbare
» Erklärung finde?
»
» Ich kann ja nicht bei jedem Experiment einen neuen Thread erstellen und
» darauf hoffen, dass jemand Zeit und Lust hat sich das für mich mal
» anzuschauen.
»
» [1] https://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_entry.php?id=286607

bigdie(R)

05.09.2022,
05:30

@ cmyk61

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

»
» Begründung:
» Wenn ich eine Led mit hoher Leistung betreibe, so muss ich damit rechnen,
» dass die Lebensdauer nicht sonderlich groß ist.
» Natürlich kann ich durch exzessive Kühlmaßnahmen diese Lebensdauer
» vergrößern, jedoch sind Kühlmaßnahmen durch Bauform und Technologie
» begrenzt.
» Auch die Frage der Kosten muss betrachtet werden. Lohnt es sich eine
» Kühlung mit Peltier-Element, Heatpipe, Wasserkühlung oder
» überdimensioniertem Kühlkörper zu konstruieren, oder ist es sinnvoller (und
» billiger), die LED in regelmäßigen Abständen zu tauschen?
Oder auch die doppelte Anzahl mit halber Leistung zu betreiben.

Ist halt ähnlich, wie man es früher für Elkos beschrieben hat. 30° ist gut je 10° mehr halbiert die Lebensdauer.

Eierschale(R)

05.09.2022,
07:27

@ bastelix

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

» Servus Zusammen,
»
» ich hatte vor längerem die Frage ob meine Kühlung für die LEDs ausreicht
» und XY hat mich die Spannung über die einzelnen LEDs messen lassen und
» meinte dann, dass die thermisch völlig gesund sind [1]. Das hat mir damals
» auch sehr weitergeholfen.
»
» Mittlerweile habe ich einige weitere LED-Bastelprojekte vor. Natürlich will
» ich da erst mal die vor einiger Zeit relativ günstig in der Bucht gekauft
» LEDs verwenden und da es für die LEDs keine Datenblätter gibt empirisch die
» geeignete Kühlkörperdimensionierung ermitteln.
»
» Ich habe dann versucht mit zu ergooglen wie die Berechnung/Abschätzung der
» LED-Gesundheit funktioniert. Da bin ich kläglich gescheitert. Ich habe
» nichts gefunden was das Thema hinreichend detailliert erklärt damit ich
» damit etwas anfangen kann. Meistens wollte man mir dann doch etwas fertiges
» verkaufen (google war auch schon mal besser :-( ) und keine Formeln
» verraten.
»
» Wie kann ich abschätzen wie wohl sich die LED bei der aktuellen
» Kühlkörpertemperatur fühlt wenn ich nur die Spannung über die LED messe?
» Oder welche Suchbegriffe muss ich verwenden, damit ich da eine brauchbare
» Erklärung finde?

Mein Ansatz wäre, die Durchlassspannung bei geringem (Mess-)Strom und verschiedenen Temperaturen (Backofen) zu messen und eine Tabelle anzulegen. Im Betrieb kann man dann kurz den Strom auf den Messstrom reduzieren und die Temperatur aus der Tabelle bestimmen.

Altgeselle(R)

E-Mail

05.09.2022,
08:47

@ Eierschale

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

» Mein Ansatz wäre, die Durchlassspannung bei geringem (Mess-)Strom und
» verschiedenen Temperaturen (Backofen) zu messen und eine Tabelle anzulegen.
» Im Betrieb kann man dann kurz den Strom auf den Messstrom reduzieren und
» die Temperatur aus der Tabelle bestimmen.

Hallo,
wegen der kleinen thermischen Zeitkonstante eines kleinen Led-Chips
muss "kurz" im Bereich von µs liegen und deshalb mit dem Oszilloskop
gemessen werden. Ich habe mal eine SFH485 (IR-Led) so gemessen.
Da konnte man den Anstieg der Flusspannung nach Verringerung des
Stroms schon nach 10µs erkennen.
Led-Chips für Beleuchtungszwecke sind größer, so dass man
vermutlich in den ms-Bereich kommt. Das müsste man vorab mal
testen.
Grüße
Altgeselle

Mikee

05.09.2022,
08:48

@ bastelix

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

Hallo,

bei normalen Silizium-Halbleitern gibt man doch die Angabe
-2mV/Kelvin an. Das ist die Abnahme der Flussspannung
für eine bestimmt Höhe der Temperatur. Ist die Temperatur
des Halbleiters 10 Grad höher, ist die Flussspannung 20mV
niedriger.

Vielleicht gibt es solch einen Wert auch für Deine LED, wobei
sich dieser sicherlich von Farbe zu Farbe unterschieden wird.

Mikee

bastelix(R)

05.09.2022,
23:59
(editiert von bastelix
am 06.09.2022 um 00:44)


@ cmyk61

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

Moin,

» Ich würde mal behaupten, dass die meisten lebensdauerreduzierenden
» Parameter aus den Datenblätter der LEDs herauszulesen ist.
Hätte ich ein Datenblatt könnte ich ja ausrechnen was für einen Kühlkörper ich brauche. Aber da ich die LEDs vor geraumer Zeit bei eBay gekauft habe ist nix mit Datenblatt.

Ich will für die Kühlkörper auch nicht mehr Geld ausgeben als andere LEDs mit Datenblatt und/oder Kühlkörper kosten würden. Aber ich will die LEDs die ich schon da habe aufbrauchen und das nicht unbedingt in der Form jede Woche ne LED tauschen bis die Schachtel leer ist ;-)

Edit: Und ja, wenn ich jetzt LEDs neu kaufe, organisiere ich mir vor der Bestellung das Datenblatt und lege es in meine Datenblattsammlung. So viel hab ich schon dazu gelernt :-)

Edit 2: Ach ja, ich verwende gerne recycelte Kühlkörper für die ich natürlich auch kein Datenblatt habe. Dafür hätten ein paar davon sogar einen Lüfter und Heatpipes ;-)

bastelix(R)

06.09.2022,
00:43

@ Mikee

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

Hallo,

ich glaub jetzt hab ich es kapiert.

Vfkalt = 3,43V
Vfheiß = 3,27V
dV = 0,16V

Tled = dV / 0,002V/°C + Raumtemperatur = 0,16V / 0,002V/°C + 22°C = 102°C und damit reicht die Kühlung nicht weil die Chip-Temperatur über 100°C ist.

Also wenn die Rechnung jetzt völliger Mist ist, dann bitte schreien ;-)
Ansonsten Danke für eure Hilfe.

xy(R)

E-Mail

06.09.2022,
01:24

@ bastelix

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

» ich glaub jetzt hab ich es kapiert.
»
» Vfkalt = 3,43V
» Vfheiß = 3,27V
» dV = 0,16V
»
» Tled = dV / 0,002V/°C + Raumtemperatur = 0,16V / 0,002V/°C + 22°C = 102°C
» und damit reicht die Kühlung nicht weil die Chip-Temperatur über 100°C ist.
»
»
» Also wenn die Rechnung jetzt völliger Mist ist, dann bitte schreien ;-)

2mV/K gilt für Si-Dioden, solche hast du aber hier nicht.

bastelix(R)

06.09.2022,
02:39

@ xy

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

» » Also wenn die Rechnung jetzt völliger Mist ist, dann bitte schreien ;-)
» 2mV/K gilt für Si-Dioden, solche hast du aber hier nicht.
Die 2mV/K habe ich auch im Netz gefunden (z.B. https://www.rohm.de/electronics-basics/leds/led-characteristics ). Aber im Internet steht auch, dass die Erde eine Scheibe ist :no:
Welche Werte muss ich für die LEDs annehmen oder nach was muss ich suchen um die passenden Werte zu finden?

xy(R)

E-Mail

06.09.2022,
05:16

@ bastelix

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

» Die 2mV/K habe ich auch im Netz gefunden (z.B.
» https://www.rohm.de/electronics-basics/leds/led-characteristics ).

Weia.


» Welche Werte muss ich für die LEDs annehmen oder nach was muss ich suchen
» um die passenden Werte zu finden?

SLVAEB5 von TI gibt dir Hinweise.

Am besten wenn es im Datenblatt der LED steht, und man ein solches hat.

bigdie(R)

06.09.2022,
05:46

@ bastelix

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

» » » Also wenn die Rechnung jetzt völliger Mist ist, dann bitte schreien ;-)
»
» » 2mV/K gilt für Si-Dioden, solche hast du aber hier nicht.
» Die 2mV/K habe ich auch im Netz gefunden (z.B.
» https://www.rohm.de/electronics-basics/leds/led-characteristics ). Aber im
» Internet steht auch, dass die Erde eine Scheibe ist :no:
» Welche Werte muss ich für die LEDs annehmen oder nach was muss ich suchen
» um die passenden Werte zu finden?
Wird eher schwierig, jede Farbe hat anderes Material und zumindest Rot gibt es sogar in verschiedenen Materialien eins mit niedriger Flussspannung und eins mit hoher. Und da wird sicher auch der Temperaturkoeffizient unterschiedlich sein.
Aber ist das für Basteleien nicht zu viel Theorie?:-D

Also ich hab vor 10 Jahren mal mein Haus und Kellerlicht umgebaut auf Cob LEDs und das waren 3W Module und die laufen bei mir mit etwas weniger Leistung ca. 2,5W und gut ist es. In der Schublade ist noch einiges an Ersatzteilen, aber bisher leben die alle noch genau wie die selbst gebauten Treiber mit dem MC34063 und letzterer war vermutlich damals schon ein billiges Plagiat aus China:-)

Hartwig(R)

06.09.2022,
21:37

@ bastelix

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

» » » Also wenn die Rechnung jetzt völliger Mist ist, dann bitte schreien ;-)
»
» » 2mV/K gilt für Si-Dioden, solche hast du aber hier nicht.
» Die 2mV/K habe ich auch im Netz gefunden (z.B.
» https://www.rohm.de/electronics-basics/leds/led-characteristics ). Aber im
» Internet steht auch, dass die Erde eine Scheibe ist :no:

...und auf dem Rücken von 4 Elefanten ruht, die wiederum auf der Sternenschildkröte stehen - die Scheibenwelt eben ;-), die einen Ausflug wert ist!

» Welche Werte muss ich für die LEDs annehmen oder nach was muss ich suchen
» um die passenden Werte zu finden?

das wurde ja eigentlich schon erwähnt. Du benötigst einen Konstantstromquelle und sowas wie einen Wärmeschrank sowie ein Thermometer. Dann nimmst du eine LED und schickst einen Strom durch die LED, der allerdings nicht zu einer nennenswerten Erwärmung führen sollte. Bei Stromfluß misst Du die Durchlassspannung. Dann setzt Du die LED einer höheren Temperatur - z.B. 70°C - aus und misst erneut die Schwellspannung (beim gleichen STrom wie zuvor). Dann hättest Du den Tk der LED. Annahme: Der Verlauif ist etwa linear und wenig vom Strom abhängig - also die für Si-Sperrschichten gültigen Annahmen.

Um den Einfluß durch den Messstrom zu begrenzen, kannst du natürlich den Strom in Nadelimpulsen <1ms mit wenigen ms Pause fliessen lassen. Da bietet es sich fast an, das Tmperaturmonitoring mit einer evtl. vorhandenen pwm zu kombinieren - also zuweilen in den Tastpausen der PWM den Strom durch die LED nicht auf 0 senken, sondern auf einen geringen Messstrom begrenzen, um dann während der Tastpause die Durchlassspannung zu messen. Das wäre für eine normale LED bestimmt etwas übertrieben, aber das dürfte eine vernbünftige MEthode sein, um die Wärmeabfuhr eines Eigenbaues mit selbstgeschnitzten Kühhlkörpern zu überprüfen.

Grüße
Hartwig

bastelix(R)

06.09.2022,
23:56

@ xy

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

» » Welche Werte muss ich für die LEDs annehmen oder nach was muss ich
» suchen
» » um die passenden Werte zu finden?
»
» SLVAEB5 von TI gibt dir Hinweise.
https://www.ti.com/lit/an/slvaeb5/slvaeb5.pdf
Danke, da hab ich was zu lesen.

» Am besten wenn es im Datenblatt der LED steht, und man ein solches hat.
Ja, ja. Wer kein Datenblatt hat, braucht für den Spott nicht zu sorgen.

bastelix(R)

07.09.2022,
00:04

@ bigdie

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

» Aber ist das für Basteleien nicht zu viel Theorie?:-D
Zu genau wird es eh nicht sein, aber zu viel Theorie ist das nicht. Immerhin will ich ja auch ein besserer Bastler werden ;-)
Was ich früher mit vier Spax und einem Stahlwinkel gelöst habe mache ich heute ja auch mit Fingerzinken oder Dominos.

» selbst gebauten Treiber mit dem MC34063
Damit bastel ich auch, aber nicht wenn ich mehrere LEDs in reihe betreiben will, da nehme ich dann was fertiges von Meanwell.

bastelix(R)

07.09.2022,
00:14

@ Hartwig

Thermische Gesundheit einer LED ermitteln

» ...und auf dem Rücken von 4 Elefanten ruht, die wiederum auf der
» Sternenschildkröte stehen - die Scheibenwelt eben ;-), die einen Ausflug
» wert ist!
Davon hab ich auch schon was gelesen, aber nicht im Internet sondern in Büchern :-D

» » Welche Werte muss ich für die LEDs annehmen oder nach was muss ich
» suchen
» » um die passenden Werte zu finden?
» das wurde ja eigentlich schon erwähnt. Du benötigst einen
» Konstantstromquelle und sowas wie einen Wärmeschrank sowie ein Thermometer.
Den Aufwand mit Wärmeschrank/Ofen wollte ich halt vermeiden. Ich lese mich jetzt mal durch den Application Report von TI und hoffe, dass die da ohne aufwändigen Messaufbau etwas abschätzen kann - auch ohne Datenblatt für die LEDs.

Wenn das nicht klappt... dann kauf ich mir LEDs wo ich vorher das Datenblatt anfordere - ist dann wohl doch der geringere finanzielle und zeitliche Aufwand.