Ultrahelle LEDs

[schluerfi1978]

Hallo zusammen,

beruflich bedingt bin ich gerade dabei, eine LED-Leuchte mit einer solchen ultrahellen LED (*Link zu Conrad*) zu bauen. Die LED ist mit wärmeleitfähigem, elektrisch isolierendem Kleber auf einem Alukühlkörper montiert. Die Lichtangaben der LED wurden laut Datenblatt bei einem Strom von 700 mA ermittelt. Über das Netzteil habe ich nun die Spannung soweit hochgedreht, bis der Strom bei 700 mA lag. Das Problem aber ist, dass nach ca. 5 min der Strom (und damit auch linear die Leuchtstärke) dann auf 540 mA abfällt. Kann mir jemand erklären, woran das liegen kann?

Gruss, schluerfi1978

[praktikant]

Bin zwar schon eine Weile raus, aber hast du mal die Temperatur gemessen? Könnte mit der schlechtern Wärmeleitung zu tun haben.

[schluerfi1978]

Ja, habe die Temperatur auf dem Kühlkörper direkt neben der LED gemessen. Nach 15 min habe ich konstant 40 °C, und das auch über mehrere Stunden. Ich denke auch nicht, dass die Wärmeleitung wirklich schlecht ist, da diese LEDs bei schlechter Kühlung noch nicht mal 2 W Leistung ziehen, ehe der Leuchtstoff abraucht. Und die LED mit dem Kühler zieht ja auch die geforderte Leistung von ungefähr 5 W, aber halt nur für 5 min, ehe die Leistung auf 3.6 W zurückfällt.

Was ich noch nicht erwähnt habe: Im Rahmen der Spannungstoleranz der LED kann durch Hochdrehen der Spannung den Strom wieder auf 700 mA hochbringen, aber dann stürzt er nach 5 min wieder auf die ominösen 540 mA ab. Allerdings riecht meiner Meinung nach gewaltig nach langsamer Degeneration der LED.

EDIT meint, ich sollte noch was zum Netzteil sagen: Normales Schaltnetzteil von Conrad, 20 V, 10 A, der Strom ist durch das Netzteil auf 700 mA begrenzt, Spannung auf ca. 6.8 V eingestellt.

Bearbeitet 6. Dezember 2004 von schluerfi1978

[Klingelkasper]

Evtl. Kühlkörper unterdimensioniert? Sromabfall ist typisch für zu hohe Temperatur.

[schluerfi1978]

Tja, gute Frage: Der Kühlkörper ist nicht wirklich klein (60 mm x 60 mm x 10 mm, mit 8 Lamellen, wären also gute 100 cm² exponierter Kühlfläche), allerdings sitzt auf diesem riesigen Klotz das kleine Lämplein halt doch ziemlich verloren. Habe auch schon über eine Kühlung mit erzwungener Konvektion nachgedacht.

Eine Frage allerdings von mir als Nicht-Elektronik-Experte. Eine LED ist doch ein Halbleiter-Bauteil. Halbleiter haben die Eigenschaft, dass sich ihr Widerstand mit wachsender Temperatur verringert. Daher müsste der Strom bei konstanter Spannung und Überhitzung des Bauteils doch steigen, oder?

EDIT sagt: Nee, der Gedanke vom Klingelkasper ist schon richtig. Laut der "Derating-Kurve" im Datenblatt hat man bei einer Umgebungstemperatur zwischen 50 und 90 °C nur noch einen Strom von 540 mA (je nach Wärmewiderstand). Da mein Labor aber definitiv 25 °C halt, muss das ganze ja dan mit der Sperrschichttemperatur zusammenhängen -> Der Kühler muss effektiver werden.

Bearbeitet 6. Dezember 2004 von schluerfi1978

[Klingelkasper]

Mit Umgebung ist vielleicht auch eher die direkte Umgebung des Bauteils aka Temperatur an der Grenzschicht zum Kühlkörper gemeint. Eine Schlüsselrolle spielt hier sicher der isolierende "wärmeleitfähige" Kleber.

Zum einen hängen Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit direkt zusammen, d. h. der Wärmeübergang an der Klebstelle ist nicht annähernd so gut wie bei einer elektrisch leitenden Anbindung. Zum anderen hängt das noch von der Schichtdicke des Klebers ab, je dicker, desto höher werden die Temperaturen an der Kontaktstelle und damit auch am Chip.

EDIT: Rechtsschreibselei...

Bearbeitet 6. Dezember 2004 von Klingelkasper

[schluerfi1978]

Ok, Wärmeübergang kann schon ein Problem. Aber das größere Problem ist: Die LEDs kann man nur ankleben - da ist nix dran, wo die festschrauben o.ä. könnte Der Kleber erschien im Vergleich zu wärmeleitfähigem Klebeband noch die bessere Alternative.

[Klingelkasper]

Kann man die LED nicht mit der Rückseite auf einen Kupferkühlkörper löten? Damit dürftest Du die Probleme loswerden und deutlich Kühlergröße einsparen. Musst dann halt die beiden Anschlüsse zum Kühlkörper hin isolieren.

[michael_at]

um festzustellen, obs an der kühlung liegt, könnte man mal 12v-lüfter (aus dem pc) verwenden und schauen, ob der strom immer noch so abfällt

[Racer_AC]

wie hell ist denn die LED 5mm bei max. belastung?? 7000mcd, 15000mcd ??

wieviel spannung legst du denn an die LED ran?? doch keine 6,8 V oder??

die betriebsspannung einer LED weiß mit ca 11000mcd liegt ca bei 3,6V (max 4V)

dabei ensteht ja nach hersteller ein strom von ca 20-50mA.

die leistung die verbraucht wird hängt natürlich von der angelegten spannung ab.

sie sollte aber nicht über 120mW erreichen.

ich frage mich nur die ganze zeit wie du an einen strom von 700mA kommst??

wenn die leuchte auf batterie gehen soll haste ja nicht lange davon.

und die leistung von 2 W. das ist ne LED keine glühlampe. also irgenwas läuft da schief.

oder verwendest du die LUXEON STAR LEDs die bis zu 800.000mcd hell sind??

mfg dennis

Bearbeitet 7. Dezember 2004 von Racer_AC

[Klingelkasper]

oder verwendest du die LUXEON STAR LEDs die bis zu 800.000mcd hell sind??

mfg dennis

<{POST_SNAPBACK}>

Ich denke mal um die geht´s hier.

[schluerfi1978]

Ja, es geht um eine LUXEON LED (das Datenblatt gibt es bei Conrad auch unter dem oben geposteten Link), allerdings nicht um den STAR, sondern nur um den Emitter. Stromaufnahme ist 5 W, Lichtleistung 500 mW!

2 PC-Lüfter (40 mm und 80 mm) habe ich auch schon unter meinen Kühlkörper montiert, hat auch nix geholfen.

Eine Frage allerdings von mir als Nicht-Elektronik-Experte. Eine LED ist doch ein Halbleiter-Bauteil. Halbleiter haben die Eigenschaft, dass sich ihr Widerstand mit wachsender Temperatur verringert. Daher müsste der Strom bei konstanter Spannung und Überhitzung des Bauteils doch steigen, oder?

EDIT sagt: Nee, der Gedanke vom Klingelkasper ist schon richtig. Laut der "Derating-Kurve" im Datenblatt hat man bei einer Umgebungstemperatur zwischen 50 und 90 °C nur noch einen Strom von 540 mA (je nach Wärmewiderstand). Da mein Labor aber definitiv 25 °C halt, muss das ganze ja dan mit der Sperrschichttemperatur zusammenhängen -> Der Kühler muss effektiver werden.

Kann mir bitte noch mal jemand erklären, warum das so ist, dass der Strom mit wachsender Temperatur bei der Halbleiterdiode sinkt?

[Klingelkasper]

Bei erhöhter Temperatur kommt es zu einer verstärkten unerwünschten

Rekombination von Elektron-Loch-Paaren, die sog. ?nichtstrahlende Rekombination?.

Im Fall von LEDs führt dies zu einem Abflachen der Strom-Leistungs-Kennlinie.

Falls Dir das irgendwie weiterhilft......

EDIT: Rechtsschreibsel

Bearbeitet 7. Dezember 2004 von Klingelkasper