Spannung und Kühlkörperberechnung bei 800mA...

[Kameltreiber]

Ich bräuchte mal Hilfe zur Berechnung, bzw. eine Überprüfng wäre ganz Nett.

Ich würde gerne diese LED´s Verwenden:
http://ledlight.osram-os.com/reports/ho ... b-free.pdf (hier die Blaue)
http://www.osram-os.com/osram_os/CN/Dow ... _final.pdf (hier die Rote) leider konnte ich die deutsche pdf hier nicht verlinken.

Diese beiden LED´s (bzw. mehrere davon) würde ich gerne auf JE einer Star Platinen Betreiben und zwar an 800 mA

Wenn ich die Werte den Kurven Richtig entnommen habe wären das :
Blau 3,5 V
und für die Rote
2,57 V (abgelesen mittels Hilfslinien in einem Grafikprogramm)

stimmt das Soweit?

so nun zur nächsten Baustelle, die Wärmeentwicklung.

Ich benutze folgende Formel:
Rthku = (Tj - Tu) / Pv - (RthjG + RthGK)
Wärmew. Kühlk. = ( SperrschichtTemp. - UmgebungsTemp.) / Verlustleistung - (WärmeW. der LED + WärmeW. der LED zum KühlK.)

Als Umgebungstemperatur nehm ich mal nen Superheissen Sommertag in ner Dachwohnung mit Resevern (also ca 50°)
Als Pv (der LED) nehme ich dann mal die komlette Leitung laut Arbeitspunkt (800mA).
Pv Blau = 3,5V * 800mA = 2,8W
Pv Rot = 2,57V * 800mA = 2,056W (runden wir auf 2,1 W auf)

Und für einen Übergangswiderstand zwischen LED und Kühlkörper nehm ich mal an:
LED -> Star = 0,3 K/W
Star = 1 K/W
Star -> KühlKörper = 0,3 K/W

wären 1,6 K/W

Den Datenblättern habe ich Weiterhin entnommen das der Wärmewiderstand der LED´s 6,5 - 11 K/W beträgt (wir gehen einfach mal von 11 aus).

Dann wären für die LED´s jeweils Kühlkörper von
Blau:
(135°C-50°C) / 2,8 W - (11 K/W + 1,6 K/W) = 17,75 K/W
Rot:
(135°C-50°C) / 2,1 W - (11 K/W + 1,6 K/W) = 27,88 K/W

von Nöten, diese erscheinen mit allerdings sehr klein bemessen

Habe ich da etwas falsch gerechnet?

Muss ich ggf. die Maximale Sperrschicht Temperatur noch aus dem Diagramm (Maximal zulässiger Durchlassstrom
Max. Permissible Forward Current /OHL02947 ) ablesen , (das wären dann ca. 104 °C keine 135°C wie bei 350mA).

Danke fürs lesen und ggf.Antworten

Grüsse

[ustoni]

Vorwärtsspannung:

Abgelesen hast Du die Diagramme natürlich richtig. Zu beachten ist allerdings, dass es sich hierbei um typische Mittelwerte handelt. Im Datenblatt (blaue LED) auf Seite 4 siehst Du aber auch, dass die tatsächliche Vorwärtsspannung (von LED zu LED) um bis zu +/- 0,5 V abweichen kann.

Deshalb kannst Du auch ohne entsprechende Messungen bei Power-LEDs einen Vorwiderstand nicht ohne Weiteres vorher berechnen.

Das ist auch der Grund, weshalb man normalerweise Konstantstromquellen (KSQ) für solche LEDs verwendet. Für Deine Anwendung wäre diese hier geeignet:

http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Strom-u ... 800mA.html


Kühlkörperberechnung:

Deine Berechnung sieht zwar vollkommen logisch aus, lässt aber einige Faktoren außer acht. Du kannst nicht einfach die maximale Sperrschichttemperatur in Deiner Berechnung verwenden.

Auf Seite 14 des Datenblatts (immer noch blaue LED, rot habe ich mir nicht angesehen; die Überlegungen gelten hier aber analog, bitte selbst prüfen) findest Du oben eine Grafik, die Dir den maximalen Betriebsstrom der LED über der Temperatur der Lötfläche der LED (TS) anzeigt.

Bei 800 mA beträgt die maximale Temperatur etwa 94 Grad. Der Wärmewiderstand von 11 K/W ist hierbei bereits berücksichtigt, entfällt also in der Berechnung. Damit ergibt sich der Wärmewiderstand des Kühlkörpers zu:

(94°C-50°C) / 2,8 W - 1,6 K/W = 14 K/W

Die 50 Grad sind für meinen Geschmack allerdings sehr hoch angesetzt. Bei 35 Grad würden sich etwa 19 K/W ergeben. Das wäre dann die Mindestkühlung, die erforderlich wäre, um die LED im Dauerbetrieb nicht zu überlasten.

Das würde aber ziemlich auf die Lebensdauer der LED gehen. Siehe hierzu auch folgendes Dokument:

http://www.osram-os.com/osram_os/RU/For ... fetime.pdf

Auf Seite 6 findest Du eine Grafik, die die zu erwartende Lebensdauer der Golden Dragon Plus bezogen auf die Temperatur der Lötfläche zeigt. Bei einer Temperatur von 80 Grad hat sich die zu erwartende Lebensdauer bereits halbiert! Das wäre dann bei einem Kühlkörper mit 9 K/W (bei Deinen angenommenen 50 Grad) der Fall.

Praktisch keine Einschränkungen bezüglich Lebensdauer treten bei etwa 63 Grad auf; das wären dann 3 K/W (bei 50 Grad) bzw. 8 K/W (35 Grad).

[Kameltreiber]

Hey Danke,
und super das Du Dir die Zeit genommen, deine Erklärungen waren Einleuchtend, vielen Herzlichen Dank.

Allerdings, habe ich gerade festgestellt das Osram wohl unterschiedliche Datenblätter hat, denn ich habe eines Verlinkt was ich mittels Google gefunden hatte , weil Osram nur via Session ID Verlinkt womit man den Link nicht Weitergeben kann, abgelesen hatte ich die 104°C die ich Oben in der fast letzten Zeile schrieb aus der Herunetrgeladenen PDF, die Verlinkte die man Online findet zeigt Tatsächlich nur 94°C im Diagramm.
Das werde ich dann Wohl nochmal überprüfen müssen was da stimmt.

Danke auch nochmal mit dem Hinweis mit der Lebensdauer.
Eine Frage hätte ich noch.

1) KIm heruntergaldenen Datenblatt der LED´s habe ich gesehen das man bei einer ungleichförmigen Rechteck Spannung die LED´s sogar bis maximal 2,5 A betreiben kann vorrausgesetzt das Verhältniss Pulse Länge zu Periodenlänge ist mindestns 0,005... ist so eine Art von Betrieb schonender ? Ratsammer? für Andere Anwendungen gedacht?

[ustoni]

Nein, der Pulsbetrieb entspricht ziemlich genau dem Betrieb mit Dauerstrom. Was zählt ist prinzipiell einfach der Energiegehalt.

1 Ws ist 1 Ws, egal ob man 1 Sekunde lang 1 W beaufschlagt, oder je Sekunde für 0,1 s 10 W. Das Ergebnis ist das Gleiche. Bei großem Puls-Pausen-Verhältnis kann so eine LED wie jedes andere Halbleiterbauteil auch etwas mehr ab. In der Praxis macht das für Dich aber keinen Unterschied.

[Kameltreiber]

Ok dann bedanke ich mich nochmals bei Dir für die Zeit und Mühe, Ich Denke ich werde dann einen Kühlkörper in der Grössenordnung von ca 10K/W Suchen (den ich allerdings noch Aktiv Kühle mittels Lüfter), das sollte reichen das die LED´s bei 35° Umlufttemperatur ca (nur) 77° Warm werden, Wären Laut Datenblatt dann (nur noch) eine Lebensdauer von Durchschnittlich 60Kh, um auf 63°C zu kommen müsste ich bei 35°C Umlufttemperatur :

63°C-35°C = 28°C
28°C / 2,8 W = 10 K/W
10K/W-12,6K/W = -2,6K/W

einen Negativen Wärmewiedrstand haben...Was wohl nur mittel Stickstoffkühlung o.ä. geht.

Eine Sache hatte mich noch etwas Verunsicherst... die 0,5V tolleranz ich dachte das sind angaben die von min. Durchlassstrom bis max Durchlassstrom gehen und bei min strom auch min spannung haben... Es hatte mich auch nur Interessiert weil ich natürlich auch die Verlustleistung an der Konstantstromquelle niedrig halten möchte.

Danke Nochmals und Grüsse

[ustoni]

Du brauchst ganz bestimmt keinen negativen Wärmewiderstand !

Bitte nicht übersehen: in der Grafik ist der Übergang TJ zu TS bereits berücksichtigt (sind immerhin 11 K/W!).

Aus Deinen -2,6 K/W werden damit +8,4 K/W!

Kühlkörper. wie sie bei Lumitronix angeboten werden (wie z.B. der KK http://www.leds.de/High-Power-LEDs/High ... x51mm.html) mit 4,5 K/W sind damit für 2 LEDs ausreichend! Was Wärmewiderstand und Lebensdauer betrifft, sollte man auch den einen oder anderen Kompromiss eingehen. 100 000 Stunden entspricht bei 24 Std. Dauerbetrieb immerhin 11 Jahren! Auch beim momentanen Wirkungsgrad der LEDs ist das bis dahin wohl mehr als nur veraltet.

[Kameltreiber]

Wow Super,
nochmal Danke damit wär dann alles beantwortet und ich bin erstmal Glücklich...
Beim Graph sehe ich zwar (jetzt nachdem ich drauf hingewieden wurde) Funktion von Ts aber selbst jetzt hätte ich vermutlich die 11K/W noch mitgerechnet.

Grüsse

[ustoni]