Thermische? Probleme mit Smartarray Q6+4

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Moderator: T.Hoffmann

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herti
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Mi, 17.01.18, 16:34

Testlauf der geöffneten Lampe
Testlauf der geöffneten Lampe
Hallo zusammen,

Ich hätte mal eine Frage zu einem Prjekt, daß mich etwas ratlos macht. Ich habe eine Pendelleuchte gebaut, als "Sandwich" mit Holz - 4mm Alu Platte - Holz, gesammtlänge. Die Aluplatte ist glatt / poliert und hat die Maße1,40 x 0,18 x 4. Das Holz ist nur am Rand auf der Platte aufsitzend, aus gewichts und abwärmegründen hab ich es innen hohl gefräßt.

Als Komponenten sind zum Einsatz gekommen

1 Meanwell MW SDR-75-24, bei dem die Ausgangsspannung auf 18V reduziert wurde
1 MiniController als Konstantstromquelle und Dimmer (im Dimmer Modus)
7 SmartArray Dim2Warm Q6+4 5000K-2000K in Parallelschaltung, angeschlossen an + und WW Klemme des Minicontrollers

Die Lampe leutet ganz nett, allerdings bei voller Leistung verabschieden sich die LEDs. Es sieht so aus, als ob die SMD LEDs sich entlöten.
Die Arrays sind mit dem mitgelieferten Wärmeleitpads auf die blanke, polierte Aluplatte geklebt und mit 2 Schrauben vorsichtig angeschraubt.
Im direkten Umfeld der Arrays wird die Aluplatte aber nicht merklich warm. Bei einem Array mit ca 5W Leistung hätte ich eine Erwärmung der Aluplatte.

Was habe ich an dieser Stelle übersehen oder falsch gemacht?
Taugen die Wärmeleitpads nichts? Überlaste ich die Arrays mit 18V (nach Datenblatt eigentlich nicht.?!)
Mögen sich die Komponenten nicht?
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Achim H
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Die Aluplatte ist glatt / poliert und hat die Maße1,40 x 0,18 x 4.

Irgendwie passen die Abmessungen nicht zum Bild. Oder sind m mit cm und mm gemischt worden?
Die Lampe leutet ganz nett, allerdings bei voller Leistung verabschieden sich die LEDs. Es sieht so aus, als ob die SMD LEDs sich entlöten.
Nur weil ein Alu glatt und poliert ist, muss das nicht zwangsläufig bedeuten, dass es auch plan ist. Hast Du mal einen Metallwinkel aufgelegt und nachgeschaut, dass es weder nach innen noch nach außen verbogen ist?
Falls das der Fall sein sollte, dann würde auch die Betriebswärme der Led nur vermindert an das Alu übertragen werden.

Holz ist ein Isolator und leitet die Wärme fast gar nicht.
Borax
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Mi, 17.01.18, 19:39

Überlaste ich die Arrays mit 18V (nach Datenblatt eigentlich nicht.?!)
Wahrscheinlich schon. Die Smartarrays Q6+4 sollten (müssen) mit konstantem Strom und nicht mit konstanter Spannung betrieben werden. Laut Produktbeschreibung: Konstantstrom LED-Modul (350mA). D.h. das Maximum sind 350mA. Es kann aber sein, dass dieses Modul schon bei 17.5V diese 350mA 'zieht'. Bei 18V bekommt es dann z.B. 500mA und ist hoffnungslos überlastet. Die 18V sind nur eine 'typische' Spannung. Je nach Charge (und Temperatur!) kann die Spannung bei 350mA durchaus um 5% abweichen. Das Problem ist aber, wenn die Spannung um 5% zu hoch liegt, kann der Strom schon um 50% zu hoch liegen... Wenn man unbedingt mit konstanter Spannung arbeiten will/muss, dann muss man die LEDs im heiß gelaufenen Zustand mit 350mA betreiben, die dazu gehörende Spannung messen und die LEDs dann mit genau dieser Spannung betreiben.
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Achim H
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Laut Produktbeschreibung: Konstantstrom LED-Modul (350mA). D.h. das Maximum sind 350mA.

Auf der Led steht drauf "Icc<=700mA".
Die Graphen im Lumitronix Datenblatt deuten ebenfalls darauf hin, dass der Strom bis max. 700mA sein darf.
Link zum Produkt.
herti hat geschrieben:Die Arrays sind mit dem mitgelieferten Wärmeleitpads auf die blanke, polierte Aluplatte geklebt und mit 2 Schrauben vorsichtig angeschraubt.

Laut Datenblatt würde der Strom bei 18V Betriebsspannung bei Faktor 1,4 des nominellen Strom (350mA) liegen, also fast 500mA.
18V x 0,5A = 9W.

Ich glaube allerdings nicht, dass ein 20x20mm großes Wärmeleitpad für diese Leistung ausgelegt ist - ist nur eine Vermutung.
herti
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Mi, 17.01.18, 22:54

Hallo zusammen,

Danke schon mal für die schnellen Antworten.
und gleich mal meine Ergänzungen dazu.
Die Aluplatte ist 1400 x 180 x 4mm :) und sie ist plan. Ich habe die Stellen, an denen die Arrays aufgeklebt sind, mit dem Haarline nochmal überprüft. Das ist ok, zumal das Pad kleinere Unebenheiten ausgleicht (bzw. Ausgleichen sollte).

Das Holz ein Isolator ist, ist mir schon bekannt, daher sind Leigen die Bretter nur am Rand auf, der Rest ist ausgefräßt
Natürlich wäre die eine natürliche Konvention ohne die Bretter besser, aber a weng a Optik (für die Frau des Hauses) muß ja auch dabei sein.

Aber der Einwand, daß die Spannung zu hoch ist, gibt mir zu denken. Habe nochmal genau nachgemessen, es sind 17,8V, und ja, nach Datenblatt sind die 350mA bei 17,5V erreicht --> Meine Schuld, nochmal den URI lernen ;)

Das der MiniController eine Konstantstromquelle ist, muß mir aus dem Niravan eingeflüstert worden sein und ist so natürlich quatsch. "einfache" PWM mit 1kHz. Aber er tut doch, was er soll.

Ich reduziere die Spannung als auf 17V und messe mal den Strom durch ein Array.

Danke nochmals für die Hinweise und melde mich nochmal mit dem Ergebnis.
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Handkalt
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Do, 18.01.18, 09:21

Hallo herti,

leider hat dein Projekt so einige Probleme... :(

Zuallererst, wie du schon gemerkt hast, solltest du die SmartArrays mit Konstantstrom betreiben, nicht mit Konstantspannung. Das stellt sicher, dass sie nicht überlastet werden. Dann solltest du sie nicht parallel schalten, sondern in Reihe. Bei einer Parallelschaltung kann sich der Strom ungleich aufteilen (aufgrund Fertigungstoleranzen der LEDs und ungleichmäßiger Erwärmung) und somit den Nutzen der Konstantromregelung zunichte machen.

Als nächstes sollten speziell die SmartArrayQ6+4 nicht per PWM gedimmt werden, sondern per variabler Stromstärke, da ansonsten der Dim2Warm-Effekt nicht richtig funktioniert (zumindest in der Theorie, in der Praxis habe ich genau diesen Fehler auch schon gemacht, habe jedoch aus unklaren Gründen zumindest einen eingeschränkten Dim2Warm-Effekt trotzdem bekommen).

Der von dir verwendete MiniController ist auch nur bis 2,5 A spezifiziert. Wenn die SmartArrays (wie vermutet) mehr strom ziehen als geplant, überlastest du nicht nur die LEDs sondern vermutlich auch den Controller.

Eine mögliche korrekte Schaltung wäre: weg mit dem Konstantspannungs-Netzteil und dem MiniController. Stattdessen nimmst du zwei LCM-40. Das sind Konstantstromquellen, die per variabler Stromstärke dimmen. Die stellst du per DIP-Switch auf 350 mA ein und schließt an die eine KSQ die drei SmartArrays der Oberseite in Reihenschaltung (!) an, an die andere die vier der Unterseite. Dann kommt an den DIM-Eingang der einen KSQ ein 100k-Potentiometer und die zweite verbindest du per Sync-Leitung mit der ersten.

Damit wäre die Leuchte elektronisch OK. Aber ob du das thermische Design gefixt bekommst, wage ich zu bezweifeln. Das Alublech könnte vielleicht reichen, wenn es freier Konvektion ausgesetzt wäre, aber mit dem Holz glaube ich kaum das es funktioniert. Und mit dem hohl fräsen hast du das Problem m. E. nur noch verschlimmbessert. Wikipedia gibt als Wärmeleitfähigkeit für Holz 0,09-0,19 an, für Luft aber nur nochmals schlechtere 0,0262 (Alu: 236). Der Vorteil an Luft ist nur die Konvektion, aber wenn du einen kleines Lufpolster zwischen Alu und Holz einsperrst, findet da kein Luftaustausch mit der Umgebung statt. Ich würde zumindest mal das Holz auf der Oberseite entweder komplett entfernen, oder wenigstens innnen komplett aussägen, so dass da nur noch ein "Zierrand" außen stehen bleibt.

-Handkalt
oscar
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Do, 18.01.18, 14:10

Hi,
Handkalt hat geschrieben:Das Alublech könnte vielleicht reichen, wenn es freier Konvektion ausgesetzt wäre, aber mit dem Holz glaube ich kaum das es funktioniert.
liegend wird das Blech seine Wärme überwiegend durch Strahlung los (wird oft unterschätzt), da die Konvektion recht gering ausfällt. Hilft hier aber auch nicht weiter, da es das Holz anstrahlt, das sich erwärmt und das deshalb wieder zurückstrahlt.

Bei einem Rippen- oder Sternkühlkörper ist das anders. Dort strahlen sich die Rippen überwiegend gegenseitig an, die Konvektion überwiegt bei weitem.

Grüße, Markus
dieterr
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Do, 18.01.18, 14:43

All das würde aber bedeuten, dass das Alu (zu) warm wird. Aber das ist wohl nicht der Fall. Sprich die Wärmeübertragung LED zu Blech passt nicht. Die Wärmeleitpads sind bei den Modulen schon dabei?
LED A45
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Fr, 19.01.18, 16:58

dieterr hat geschrieben:All das würde aber bedeuten, dass das Alu (zu) warm wird. Aber das ist wohl nicht der Fall. Sprich die Wärmeübertragung LED zu Blech passt nicht. Die Wärmeleitpads sind bei den Modulen schon dabei?
Die selbstklebende Wärmeleitfolie funktioniert ziemlich gut, wahrscheinlich da diese Chips ja nur 6W verbrauchen!? Dasselbe Array wird bei mir auf maximaler Leistung nur 40°C warm, OHNE irgendwelche zusätzliche Befestigung wie Schrauben. Daran sollte es eigentlich nicht liegen, das rein geklebte Pad überträgt die Wärme ausreichend gut.
Bei meinem Modul und einem Meanwell LCM eingestellt auf 350mA, sind es genau 17V.

MfG
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