Hallo, ich habe mir eine Power LED bestellt (http://www.ebay.de/itm/100W-Watt-White-High-Power-LED-Light-Lamp-Panel-w-100W-Watt-DC-DC-LED-Driver-/181177812570?pt=AU_Lighting_Fans&hash=item2a2f0a065a). Für die Kühlung verwende ich einen CPU-Kühlkörper mit Lüfter. Damit die LED nicht überhitzt werde ich an ihr einen Temperatursensor anbringen. Der LED kann mit dem Treiber per PWM gedimmt werden. Der Lüfter kann ebenfalls mit PWM angesteuert werden. Die Betriebstemperatur der LED ist bis 120°C spezifiziert. Um etwas reserver zu haben will ich die mit dem Temperatursensor gemessene Betriebstemperatur auf 100°C begrenzen. (Langlebigkeit der LED geht über Lichtausbeute) Dafür will ich eine Regelung mit einem µC erstellen. Hier meine Gedanken dazu: - Reicht der Lüfter zur Kühlung aus wird die LED zu 100% eingeschaltet - Der Lüfter wird temperaturabhängig per PWM angesteuert - reicht der Lüfter zur Kühlung nicht mehr aus, wird die LED per PWM gedimmt so dass die Verlustleistung kleiner wird (in diesem Bereich wird der Lüfter zu 100% angesteuert) Rein intuitiv würde ich für beide Regelkreise PI-Regler verwenden. Da ich in der Realität das erste Mal mit einer Regelung arbeite stellt sich mir die Frage wie ich das am besten mache. Da es zwei Stellgrößen gibt (LED-PWM, Lüfter-PWM) würde ich zwei voneinander unabhängige Regelkreise aufbauen. Beide Regelungen bekommen den gleichen Temperatur-Istwert. Ab einer Temperatur von 100°C wird der Lüfter definitiv zu 100% angesteuert. Bei kleineren Temperaturen wird er geregelt. Die LED wird ab einer Temperatur von 100°C gedimmt. Sorgen macht mir nun der Übergang zwischen der Lüfterregelung und der LED-Regelung. Kann es hierbei zum Aufschwingen der Regelung kommen? Was muss ich bei einer solchen Regelung noch beachten? Danke Matt
Du musst wahrscheinlich genauer überlegen, was du überhaupt willst. So, wie das jetzt formuliert ist, kann das auch bedeuten, dass der Lüfter überhaupt erst bei 100 Grad angeht. Weil die Regelung 100 Grad halten soll (meiner Meinung nach ist das eh riskant, damit grillst du die LED mehr oder weniger kontrolliert).
Das kann bei meinen bisherigen Umständen natürlich vorkommen. Wie wäre eine Regelung, die den Lüfter so regelt, dass eine bestimmte Temperaturänderung pro Zeit nicht überschritten wird? Damit sollte der Lüfter (bei korrekt gewählten Werten) von Anfang an drehen. Kommt die Regelung in den Bereich von 100°C beginnt dann die eigentliche Temperaturregelung... Liege ich richtig, dass das dann eine der Temperaturregelung unterlagerten Regelung ist und dass es in dieser Regelung ein D-Anteil benötigt wird?
Matt B. schrieb: > Da es zwei Stellgrößen gibt (LED-PWM, Lüfter-PWM) würde ich zwei > voneinander unabhängige Regelkreise aufbauen. Wenn die Regelkreise tatsächlich völlig unabhängig voneinander arbeiten, kann es wirklich zum Aufschaukeln kommen, aber eigentlich hast du die Abhängigkeit schon selber beschrieben: > - Reicht der Lüfter zur Kühlung aus wird die LED zu 100% eingeschaltet Der LED Regelkreis soll also erst dann aktiv werden, wenn der Lüfterregler auf 100% ist. Wenn du die PI Werte (nimm ruhig gleich einen PID, bei dem du D erstmal auf 0 lässt) sorgfältig testest, sollte das auch ohne Schwingen funktionieren. Ein 'Jittern' wirst du vermutlich immer haben, wenn das aber nur um 1-2% zittert, merkst du davon nicht viel. Teste das ganze auch erstmal ohne die LED, damit du sie nicht zerstörst. Je höher übrigens die Temperatur der LED ist, umso kürzer lebt sie.
Ich finde die angestrebten 100°C etwas hoch. Kenne jetzt dein Vorhaben damit gar nicht, aber lange leben wird sie dabei nicht. Ich habe mir fast die selbe LED geholt - ebenfalls eine mit 100W. Zur Kühlung verwende ich Wasser, etwas anderes geht bei dem Teil einfach nicht mMn.
@Martin: Der Hersteller gibt im Datenblatt eine maximale Betriebstemperatur von 120°C an. Deswegen habe ich einfach mal etwas abgezogen und die 100°C angenommen. Auf eine Wasserkühlung will ich möglichst verzichten. Leider sind die LED und der Treiber noch nicht bei mir angekommen. Sobald die Teile da sind kann ich mal erste Versuche machen. Um etwas Erfahrung über die Verlustleistung und der Kühlleistung sammeln zu können würde ich die LED in verschiedenen Aufbauten ansteuern bis sie sich "stabil" bei (sagen wir einfach mal) 60°C eingependelt hat. Mit ansteuern meine ich, dass der LED-PWM-Duty Cycle sehr langsam von 0% ab erhöht wird. Dafür würde ich momentan folgende Aufbauten verwenden: 1) LED ohne Kühlkörper 2) LED mit Kühlkörper 3) LED mit Kühlkörper und Lüfter Den dritten Aufbau würde ich weiter aufteilen. Hier die Arbeitsschritte des Punktes: a) Lüfter-PWM-Duty-Cycle: 10% b) LED-PWM-Duty-Cycle langsam erhöhen bis 60°C erreicht sind c) LED-PWM-Duty-Cycle = 0% und mit aktivem Lüfter abkühlen lassen d) Lüfter-PWM-Duty-Cycle um 10% erhöhen e) bei Punkt b) weiter machen Während allen Versuchen würde ich die Temperatur über der Zeit auftragen... Mit den erstellten Diagrammen sollte es möglich sein eine Sprungantwort aufnehmen zu können ohne dass die LED überhitzt (denke ich zumindest ;-) )
100 Grad als Betriebstemperatur sind ne dumme Idee - nicht nur weil die Lebensdauer sinkt auch die Lichtausbeute ist geringer http://www.elektronikpraxis.vogel.de/waermemanagement/articles/110354/ >1) LED ohne Kühlkörper damit dürfte nach wenigen Sekunden 2) und 3) nicht mehr erforderlich sein
Karl schrieb: >>1) LED ohne Kühlkörper > > damit dürfte nach wenigen Sekunden 2) und 3) nicht mehr erforderlich > sein Wenn man nicht mehr als 1W reinpumpt, sollte das wohl schon funktionieren. Gruss Harald
Hallo Karl, ich hätte mal ein 16 bit PWM verwendet und mit einem sehr kleinen PWM Duty Cycle begonnen. Alle 10 Sekunden hätte ich diesen dann etwas erhöht. Meinst du wirklich, dass die LED sich damit so schnell erwärmt? Damit sollte man doch eine Temperaturkurve aufnehmen können...
100 Grad sind in der Tat dumm. Die 120 Grad beziehen sich entweder direkt auf den P/N-Übergang oder der Hersteller rechnet schön. Machen manche chinesische Hersteller gerne. Bei wenigen Watt passiert die Erwärmung langsam, aber dann muss deine PWM-Regelung auch schon funktionieren. Wenn du merkst, da ist irgendwo ein Fehler drin und die LED geht beim Einschalten schon voll an, ist sie schnell Toast! Mach die Versuche einfach alle mit Kühlkörper. Wärmeleitpaste nicht vergessen.
In den Datenblättern steht immer etwas von 50°C, diese Temperatur wird dann direkt am Heatspreader der LEDs gemessen, darin sind dann schon alle möglichen Wärmeübergänge, Maximalwerte und Sicherheitsabstände mit eingerechnet. Du kannst dir auch Datenblätter von anderen Herstellern anschauen, die sind eh sehr ähnlich so dass die Daten auch so gut wie gleich sind wenn der Aufbau gleich ist.
Wäre es besser, wenn ich den Lüfter ungeregelt (unabhängig von der Temperatur) mit voller Drehzahl laufen lasse? Nur wenn die LED-Temperatur trotz der Kühlung durch den Lüfter dann zu stark ansteigt, würde ich die LED mittels PWM herunterdimmen, damit die Verlustleistung geringer wird. Dann bräuchte ich auch nur einen, anstatt zwei Regler... Ist meine Annahme richtig, dass es sich bei der Regelstrecke um ein PT1-Glied handelt?
Angehängte Dateien:
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Lebensdauer.png
54 KB
Matt B. schrieb: > will ich die mit dem Temperatursensor gemessene > Betriebstemperatur auf 100°C begrenzen. (Langlebigkeit der LED geht über > Lichtausbeute) Hier mal zum Vergleich ein Auszug aus dem Datenblatt zu dieser LED: http://www.reichelt.de/LED-High-Power-Module/LED-H50WG-PWS/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=3031&ARTICLE=96879&SHOW=1&START=0&OFFSET=16&; Bei 100°C ist die Lebensdauer ca. 4000 Stunden, und bei 60°C knapp 50000 Stunden. Matt B. schrieb: > Wäre es besser, wenn ich den Lüfter ungeregelt (unabhängig von der > Temperatur) mit voller Drehzahl laufen lasse? Ja. Gruß John
Alles Mist. Dreh den Luefter soweit auf, dass er grad noch nicht laermt. Das werden vielleicht 2/3 der moeglichen Spnannung oder Leistung sein. Dann dreh die LED soweit auf, dass man sie grad noch anfassen kann. Das waeren dann um die 50 Grad, und vergiss den Rest.
Habe gerade mal die LED für ca. 5 Sekunden mit 25 Watt betrieben. Und das auch noch ohne Kühlung (kein Kühlkörper, kein Lüfter)! Die Temperatur an der zu kühlenden Fläche an der Rückseite der LED hat sich in dieser Zeit um ca. 1 K erhöht (gemessen mit einem Infrarotthermometer). Also ganz so krass wie hier angekündigt, dass sich die LED nach kürzester Zeit in Rauch auflöst, ist es doch nicht. Man muss eben mit Verstand an die Sache ran gehen.
>Habe gerade mal die LED für ca. 5 Sekunden mit 25 Watt betrieben. Und >das auch noch ohne Kühlung (kein Kühlkörper, kein Lüfter)! wenn 25W und nur 5s ED der übliche Anwendungsfall sein wird - dann los ansonsten wird bei längerer Ed und voller Leistung die Led nicht lange leben weiterhin dimensioniert man den KK so das bei der max. zu erwartenden Temp. das zu kühlende BE nicht heisser wird als erlaubt dafür wird eigentlich keine Regelung benötigt und als Richtwert >Merksatz über den dicken Daumen: Pro 10 Grad Temperaturerhöhung halbiert >sich die Lebenserwartung eines Bauteils. (Arrheniusgesetz, RGT-Regel, 10->Grad-Gesetz) http://www.mikrocontroller.net/articles/K%C3%BChlk%C3%B6rper
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