Hey Forum, Meine Frage ist folgende: Ich spiele mit dem Gedanken mir einige GW5D-LEDs zuzulegen. Das sind kleine Chip-on-a-Board Module von Sharp, die im Prinzip aus vielen kleinen verschalteten LEDs bestehen. Das Problem ist nun nur: Ich finde nirgends eine Effizienz oder direkte abzuführende Wärme. Im Datenblatt (http://www.mouser.com/ds/2/365/sharpelectronics_megazenigata15wand25w-197625.pdf) fand ich lediglich (Seite 4) eine Absolute Maximum Power Dissipation von 20W. Das Problem an der Sache ist: Die LED gönnt sich je nach Einstellung 14.8-27.3W (berechnet anhand der Forward Voltage und Forward Current die im Datenblatt angegeben sind). Wie kann es also sein, dass die Effizienz bei rund 27% (für den 27W Fall) liegt? Verstehe ich da etwas falsch und sie kann nur per-se (Also mit ihrem Rja) mit 20W betrieben werden? Fakt ist jedenfalls, dass es mit dem internen Rjc von 2.8 K / W problematisch wird, die LED unter ihren 100°C zu halten, da ich (bei 20W Dissipation) alleine schon am Case 56K Unterschied zur Junction hätte, das heißt ohne KüKö-Widerstand bzw. Leitpastenwiderstand wäre das bereits nahezu unmachbar bei 25°C Umgebungstemperatur hätten wir gerade noch genug Reserven (19K). Mache ich irgendetwas falsch bzw. gibt es irgendwo ein besseres Datenblatt? Ich hätte nämlich eher so um die 5-10W angenommen, da wäre dann nämlich auch noch ordentlich Luft für eine passive Kühlung. BTW: Konkret ging es hier um die GW5DLA65M04, aber prinzipiell spielt die Farbtemperatur keine allzu große Rolle bei meinen Überlegungen (es gibt auch LEDs mit 2K/W oder 0.9K/W Rjc, aber die haben dann mitunter mal 100W)
Genau das ist bei fast allen LED Leuchten der Knackpunkt: Die Wärme ausreichend abzuleiten. Je weniger heiß die LED wird, umso länger hält sie. ALso sollte dein Ziel nicht 100°C sein, sondern weit weniger, wenn es irgendwie machbar ist. Hier findest du einen groben Anhaltswert für die Verlustwärme: http://www.energieinfo.de/blog/texte/produkte/bockhorst_produkte_37.php?w=produkte
Also habe ich aber streng genommen keine andere Wahl als einfach die Leistung zu Drosseln und sie z.B. nur im Punkt optimaler Effizienz zu betreiben. Theoretisch könnte ich die größeren Chips nehmen mit 0.9K/W und diese dann auf dem Niveau der kleineren betreiben aber das ist ja irgendwo Geldverschwendung. Ich kann ja den Widerstand (besonders den Rjc) nicht einfach beeinflussen und durch Zwangskühlung kann ich auch nur Rca/Rsa beliebig nahe an 0 K/W bringen (so dass R_ges = Rjc). Ich habe mal etwas gelesen bzgl. der Lebenszeit von Halbleitern (1/2 Lebenszeit pro 10 K Temperaturerhöhung). Gibt es noch irgend welche Ideen die mir bei der Optimierung helfen könnten? (Ein MOSFET hat z.B. Rjc = 0.3, warum hat die doofe LED das 10fache?) Nur um das Einzuordnen: der Wärmewiderstand ist ja nur wie gut ein Material isoliert, sprich was in jedem Fall NICHT abgeführt werden kann. Das heißt ich muss immer noch dafür sorgen dass Tsink = Ta, sprich ich muss den Kühler ggf. kühlen, aber ich kann damit nicht Tj absenken? (Außer Tsink würde unter Ta gehen, sprich Klimaanlage) MfG
Ich kann Dir da mit deinen ganzen T's gerade nich folgen. Aber klar müsste doch sein: Je besser die Kühlung, umso länger hält die LED. Wenn du z.B. einen Kühlkörper aus Kupfer (statt Aliminium) verwenden kannst, hast du schon eine Menge gewonnen. Zusätzlich kommt vielleicht ein Lüfter in Frage, dann kommst du mit weniger Oberfläche aus. Alle seriösen LED Lampen für E27 Fassung haben maximal 10 Watt. Für mehr Wärme reicht einfach die Oberfläche nicht aus.
@ Marc S. (darkchaos) >Ich kann ja den Widerstand (besonders den Rjc) nicht einfach >beeinflussen und durch Zwangskühlung kann ich auch nur Rca/Rsa beliebig >nahe an 0 K/W bringen (so dass R_ges = Rjc). Ja, das ist leider so. Und mit Peltierelementen willst du auch nicht anfangen. >Ich habe mal etwas gelesen bzgl. der Lebenszeit von Halbleitern (1/2 >Lebenszeit pro 10 K Temperaturerhöhung). Das ist ganz GROB gesehen so, aber erst ab einer bestimmten Temperatur, die für jeden Halbleiter und Chip anders ist. >Gibt es noch irgend welche Ideen die mir bei der Optimierung helfen >könnten? (Ein MOSFET hat z.B. Rjc = 0.3, warum hat die doofe LED das >10fache?) Vor allem auf einem Keramiksubstrat . . . >Nur um das Einzuordnen: der Wärmewiderstand ist ja nur wie gut ein >Material isoliert, sprich was in jedem Fall NICHT abgeführt werden kann. >Das heißt ich muss immer noch dafür sorgen dass Tsink = Ta, sprich ich >muss den Kühler ggf. kühlen, aber ich kann damit nicht Tj absenken? >(Außer Tsink würde unter Ta gehen, sprich Klimaanlage) Du hast vollkommen richtig erfaßt, das ist das Problem.
Stefan U. schrieb: > Aber klar müsste doch sein: Je besser die Kühlung, umso länger hält die LED. Wenn > du z.B. einen Kühlkörper aus Kupfer (statt Aliminium) verwenden kannst, > hast du schon eine Menge gewonnen. Zusätzlich kommt vielleicht ein > Lüfter in Frage, dann kommst du mit weniger Oberfläche aus. > > Alle seriösen LED Lampen für E27 Fassung haben maximal 10 Watt. Für mehr > Wärme reicht einfach die Oberfläche nicht aus. Mein Problem war folgende Betrachtung: Wenn ich an der Oberfläche des Chips eine Temperatur habe, dann ist der pn-Übergang 65K heißer. Nehme ich eine theoretische Umgebungstemperatur von 40°C an (Sommer, Sonne, Puffer), dann lande ich schon bei 105°C, also 5K über dem absoluten Maximum Rating. Dieser Fall ist allerdings ja schon mit idealisierter Kühlung, der Chip wird niemals Umgebungstemperatur haben. Also ist er prinzipiell "thermisch unbrauchbar" Falk B. schrieb: >>Ich habe mal etwas gelesen bzgl. der Lebenszeit von Halbleitern (1/2 >>Lebenszeit pro 10 K Temperaturerhöhung). > > Das ist ganz GROB gesehen so, aber erst ab einer bestimmten Temperatur, > die für jeden Halbleiter und Chip anders ist. > Wie hoch ist die Temperatur circa? Das ist ja bestimmt nicht das Absolute Maximum von 100°C sondern spätestens 80°C (ganz grob gesprochen?) Ich möchte damit abschätzen ob ich die Betriebstemperatur Richtung 92°C gehen lassen kann oder ob ich prinzipiell eher < 60°C möchte > Du hast vollkommen richtig erfaßt, das ist das Problem. Ich habe es einmal durchgerechnet: Auch die größeren Chips sind nicht besser (tatsächlich genauso schlecht). Da die LEDs bei Farnell als "nur solange der Vorrat reicht" gelistet sind, schaue ich mich mal noch nach anderen Herstellern um, die das thermisch vielleicht besser hinbekommen bzw. eventuell gibt es auch schon bessere Nachfolger. Es wäre Schade wenn ich nur 30-40% Leistung fahren könnte und dafür aber teurere Chips, höhere Spannungen etc. in Kauf nehmen muss, aber vermutlich läuft es darauf raus. Und ggf. noch (wenn eh schon temperaturgesteuert zwecks Sommer/Winter) einen Impuls der dann die Wärmekapazität der KüKö's benutzt. Sprich: Zeitweise soll man 100% fahren können, so ca. 5 Sekunden bis der Chip tatsächlich wärmer wird, dann wird gedrosselt.
> Also ist er prinzipiell "thermisch unbrauchbar"
Das sehe ich auch so. Konnte das der Grund sein, warum er nur noch
begrenzt verfügbar ist?
Mh, ein direkter Grund war nicht angegeben und im Internetz gibt es zahlreiche Videos, bei denen jemand die LEDs einfach auf einen großen Kühlkörper schraubt und betreibt. Klar, wenn du einen großen Kühler hast, mit marginaler K/W und dazu die Umgebungstemperatur als 20°C annimmst, dann kommst du da gerade bei ca 90°C raus, also hält sie das ein paar Tage aus. Ich werde mich mal bei der Konkurrenz umsehen aber ich gehe davon aus, dass den Sharp-Leuten bei der Entwicklung, spätestens beim Datenblatt schreiben hätte klar sein müssen. Entweder gehen sie nicht von Voller Last aus oder in Japan hat es nie mehr als 0°C.
Ich hoffe ich darf eine Frage dazwischen werfen? Wie hoch ist denn der Wirkungsgrad einer Leistungs-LED (10-100W) heute? Also wieviel Prozent der Leistung wird in etwa in Licht und Wärme umgesetzt? Vielleicht weiß das ja jemand hier. Gruss Harry
Marc S. schrieb: > Es wäre Schade wenn ich nur 30-40% Leistung fahren könnte und dafür aber > teurere Chips, höhere Spannungen etc. in Kauf nehmen muss, aber > vermutlich läuft es darauf raus. Bei den im Datenblatt angegebenen Leistungen (auch bei Transistoren) handelt es sich immer um Maximalwerte, die man sinnvollerweiser nicht ganz ausschöpft. Der theoretische Kostennachteil relativiert sich, wenn man die deutlich grössere Lebensdauer bei geringerer Temperatur berücksichtigt.
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