SmartArray 4W Specs ?

jolep · Mo, 10.12.12, 21:39

Ich werde aus den Spezifikationen zum SmartArray 4W warmweiß nicht schlau.

Da steht : "Mit 6 hochwertigen Nichia LEDs: Nichia NF2L757ART (warmweiß)"

im Datenblatt zu dieser LED findet man : U=6V, I=100mA, Lichtstrom = 65lm
65 lm x 6 = 390 lm, das passt zu den 400lm Spezifikation des SmartArrays.
Aber wie kommen bitte 350mA bei 11,9 V zustande? 2xserie, 3xparallel? Wären dann aber 300mA.
Dazu hat die LED 6,0V bei 100mA, bei 350mA sind es schon über 7V ??

Da ist doch um diesen Preis kein Spannungswandler verbaut. Und auch nicht sichtbar.
Ich begreif's irgendwie nicht.

Außerdem : Brauchts bei Parallelschaltung von LED-Strängen keine "Ausgleichswiderstände"? Der TK der Diode ist negativ, d.h. bei wärmerer Diode und konstanter Spannung steigt der Strom, wodurch die LED noch wärmer wird und der Strom weiter stiegt. Damit werden bei Parallelschaltung einzelne Stränge stärker belastet. Thermische Kopplung (hier vorhanden) hilft allerdings hier sehr.

jolep · Mo, 10.12.12, 22:25

ich muss mir hier mal selber antworten (genauer nachdenken vor dem Fragen kann hilfreich sein)

Ich denke,es sind 2 LEDs seriell und 3 Stränge parallel verbaut. Bei 350mA hat man dann 116 mA pro Strang (bei angenommen gleicher Stromverteilung), und damit kaum mehr als die 6V. Damit kommt auch etwas mehr Lichtstrom raus und die 400lm dürften passen.

Ich kann mir die Spannungsangabe (11,9V) und auch den Wirkungsgrad (96lm/W, die LED selbst hat eigentlich über 100lm/W) nur durch die Erwärmung durch das enge Modul erklären.

CRI 93+ / Ra 93+ · Di, 11.12.12, 09:21

Die gelisteten Werte sind ja nur unrepräsentativ ermessene Werte, schon gar keine Worst-Case, sondern eher "best possible"-Werte (bzw. seit ca. 1-2 Jahren irgendwas dazwischen) Passt also alles.

Lediglich beim Binning der LED würde ich, sofern nicht anderes angegeben, immer vom schlechtesten ausgehen. Alles was man im Forum dazu lesen kann und auch eine von mir bei Lumitronix gekaufte mit Nichia LEDs bestückte Platine, die noch einen Aufkleber trugt, sprechen dafür, dass üblicherweise das ineffizineteste Binning geliefert werden dürfte. Davon musst Du dann nochmal 10-20% abziehen, da Nichia und auch Lumitronix immer bei 25°C Chiptemperatur messen. (Kein Hot-Binning)

jolep · Sa, 22.12.12, 16:55

So, jetzt habe ich das 4W SmartArray mit den NF2L757ART hier. Ich kann noch nicht richtig testen, da der passende Aufbau (d.h. Kühlung) erst in den nächsten Tagen mal angegangen wird.

Aber was mir bis jetzt schon mal auffällt :
- die Trägerplatine ist hauchdünn und muss vorsichtig behandelt werden, sonst ist sie schnell verbogen
- ich bin bisher nur bis 50 mA gegangen (fehlende Kühlung, s.o.). Dort ist die Lichtfarbe sehr angenehm, etwas kühl, aber dennoch recht farbtreu. Eine Erwärmung auch ohne Kühler ist dort noch fast nicht fühlbar.
- auf all meinen 5 Modulen sind einzelne LEDs (immer so ca. 2-3 LEDs pro Modul) _wesentlich_ dunkler als die restlichen.

Der letzte Punkt führt mich zurück zu meiner Eingangsfrage. Die LEDs sind offensichtlich so verbaut, wie sie aus der Kiste kommen, d.h. ohne Selektion nach Helligkeit über Spannung. Es sind je 3 LEDs parallel geschaltet (also nicht 3 Stränge a 2 LEDs, sondern 3 parallel + 3 parallel). Dies führt natürlich zu unterschiedlichster Belastung der einzelnen LEDs, wenn man nicht sortiert.
Nach allem was ich optisch (wie gesagt bei <= 50mA pro Modul) sehe, ist damit die Stromaufteilung unter den 3 parallelen LEDs entweder ordentlich unterschiedlich oder die Lichtausbeute (lm/mA) sehr unterschiedlich. Vermutlich beides.

Ich bin gespannt auf die Lebensdauer. Die LED ist speifiziert mit typ 11 - w.c. 17 K/W Junction - Solder. Bei 350mA (116 mA / LED im Durchschnitt) sind das ca. 700mW / LED, also 7.5 - 12 °C über der Temperatur am Lötpunkt. Der Aluträger sollte die Lötpunkttemperatur einigermaßen gut ausgleichen können (speziell bei diesen noch handlichen Leistungen) . Wenn also die hellste LED angenommen 100mA mehr Strom aufnimmt (600mW), ist sie an der Sperrschicht so um die 10K wärmer als die dunkelste LED. Falls die Kühlung passt, sollte das nicht allzuviel ausmachen bezüglich der Lebensdauer.

Achim H · So, 23.12.12, 12:08

Die LED ist speifiziert mit typ 11 - w.c. 17 K/W Junction - Solder.

Es sind aber 6 Leds montiert. Somit hat man eine Parallelschaltung von Wärmewiderständen:
max. 17K/W / 6 Leds = max. 2,833K/W.
Hier muss nur noch der Wärmewiderstand der Aluplatine drauf gerechnet werden.

Beim SmartArray mit den 12 Stück NFSL157 beträgt der Wärmewiderstand für das gesamte Array nur 1,99K/W.
Die Aluplatine hat einen Wärmewiderstand von: 1,99K/W - (17K/W / 12 Leds = 1,4166K/W) = 0,5734K/W.

Sehr wahrscheinlich ist bei allen Arrays das gleiche Alu (nur anderes Layout) montiert.

Der Wärmewiderstand für das 4 Watt Array beträgt folglich:
2,833K/W + 0,5734K/W = 3,4064K/W

jolep · Mi, 09.01.13, 20:25

Falls jemand von Lumitronix mitliest : könntet Ihr bitte datenblattmäßig ein bisschen aufräumen ?
- auf der Webseite des 4W und 10W-Moduls fehlt jegliches Datenblatt
- im "Smart Array Prospekt" der 3W und 6W - Module werden die 4W und 10W-Module erwähnt (Typ A und L), aber im "Datenblatt SmartArray" nicht. Dort stehen aber die Typen H, E und 2, die ich nirgends zuordnen kann.

Ansonsten : Inzwischen laufen 2 Module seriell an einer LPC-20-350 KSQ (die ja lustigerweise offiziell für den Einsatz in Beleuchtungen verboten ist). Module sind montiert auf einem Alublech 80 x 400mm im Abstand ca. 25 cm.

Leider sind meine Versuche, die Gehäuse- oder Sperrschichttemperatur zu messen, bisher nicht reproduzierbar (einmal mit KTY10- Sensoren direkt an der LED : 50 - 60° über Umgebung, einmal mit Spannung am Modul : geht bei 17° Umgebungstemperatur von 11,95 auf 11,7 zurück => das würde nach Datenblatt gerade mal auf ca. 50° Sperrschicht deuten).

Mein Fazit bisher : Lichtfarbe sehr schön, Helligkeit ziemlich gleich wie 40'er Glühobst. Bestes Preis-Leistungs-Verhältnis bei noch einfacher Verarbeitung für den Hobbybastler. Das Modul gefällt mir sehr gut!

Borax · Do, 10.01.13, 10:56

einmal mit Spannung am Modul : geht bei 17° Umgebungstemperatur von 11,95 auf 11,7 zurück => das würde nach Datenblatt gerade mal auf ca. 50° Sperrschicht deuten).

Wie hast Du das gemessen? Wenn man das 'richtig' macht, bekommt man auch sehr genaue Ergebnisse. Ist aber nicht soo einfach. Siehe auch hier: viewtopic.php?f=31&t=12079

jolep · Do, 10.01.13, 11:20

Borax hat geschrieben:Wie hast Du das gemessen?

Mit dem Multimeter ... Spannung am LED-Modul mal kalt, dann warm. Und dann habe ich den Temperaturgang aus dem Datenblatt genommen, mangels besserer Alternativen.

Ich kenne deinen hervorragenden Thread schon länger. Ich denke schon dauernd darüber nach, ob und wie ich das auch mal reproduzieren kann. Ich habe halt keinen Magnetrührer, so dass es etwas schwierig wird, eine schön konstante Temperatur in einem Wasserbad zu erzeugen.
Eventuell reicht ja, ein dickes Blech mit Lastwiderstand zu erhitzen, möglichst nahe an der LED mit einem Temperaturfühler zu messen und dort die Temperatur konstant zu halten.
Ich bin womöglich bald im Besitz eines "Labjack U6" (das ist ein USB - Messgerät mit schönem A/D-Wandler, digital I/Os usw.) Das wäre gegenüber einem µC halt etwas bequemer.
Falls ich hierzu näheres habe, werde ich meine Erkenntnisse mal posten.

O.Mueller · Do, 10.01.13, 11:46

Klar liest jemand mit, andernfalls darf jeder auch jederzeit eine E-Mail schicken. Ich kümmer mich darum und werde die Bitte um bessere Daten weiterleiten.

Borax · Do, 10.01.13, 15:49

Mit dem Multimeter

Vergiss es.
1. Ist der Temperaturkoeffizient aus dem Datenblatt sinnlos, wenn nicht dabei steht, bei welchem Strom er bestimmt wurde.
2. Heizen sich die LEDs auf dem SmartArray (sind ja recht klein) schon in wenigen Millisekunden messbar auf. Daher kann man mit einem Multimeter keinen 'Nullwert' (Spannung am LED-Modul kalt) bestimmen.

Ich habe halt keinen Magnetrührer, so dass es etwas schwierig wird, eine schön konstante Temperatur in einem Wasserbad zu erzeugen.

Nö, das ist nicht so ein Problem. Man kann entweder einen anderen Rührer nehmen (z.B. Küchenmaschine o.ä.) oder auch von Hand rühren (Wasser hat so eine große Wärmekapazität, dass sich selbst bei einer 20W LED die Wassertemperatur nur recht langsam ändert) und auch wenn man nur ein wenig 'rum rührt' bildet sich da auch keine nennenswerte Temperaturschichtung.

Eventuell reicht ja, ein dickes Blech mit Lastwiderstand zu erhitzen, möglichst nahe an der LED mit einem Temperaturfühler zu messen und dort die Temperatur konstant zu halten.

Geht bestimmt auch. Außerdem ist ja die Kurve LED-Temp vs. Spannung (bei konst. Strom!) sehr linear, so dass man auch schnell sieht, ob es halbwegs sauber gelingt die Temp einzuhalten/schnell genug zu messen. Das Labjack U6 kannst Du bestimmt nehmen. Angeblich kann man ja eine 'Command/Response Times Less Than 1 Millisecond' erreichen.

jolep · Do, 10.01.13, 16:14

Borax hat geschrieben:1. Ist der Temperaturkoeffizient aus dem Datenblatt sinnlos, wenn nicht dabei steht, bei welchem Strom er bestimmt wurde.

Im Datenblatt ist 100mA spezifiziert, und das Modul wurde bei ca. 340 mA/3 = 113 mA betrieben.
Das Einschaltverhalten war mir auch als Problem ersichtlich, ich habe den ersten Wert deshalb 3 x gemessen und "ganz schnell geschaut". Da können aber natürlich auch noch Strom-Einschwingvorgänge drin sein.

Dennoch ist der ganze Aufbau natürlich nur eine schlechte Schätzung, wie ich oben schon geschrieben habe. Denn es sind bei diesem Modul 3 LEDs parallel und das ganze 2 x hintereinander. Damit sieht jede LED einen anderen Strom und die LEDs beeinflussen sich somit gegenseitig. Wie das alles dann auf dem Tempco der LEDs wirkt, steht in den Sternen ...

Borax · Do, 10.01.13, 17:57

Denn es sind bei diesem Modul 3 LEDs parallel und das ganze 2 x hintereinander. Damit sieht jede LED einen anderen Strom und die LEDs beeinflussen sich somit gegenseitig

Das ist nicht schlimm. Ich habe in meinem Thread ja auch mal die Matrix vermessen, das geht problemlos.

Im Datenblatt ist 100mA spezifiziert, und das Modul wurde bei ca. 340 mA/3 = 113 mA betrieben.

Steht im Datenblatt explizit, dass auch der Temperaturkoeffizient sich auf die 100mA bezieht?

jolep · Do, 10.01.13, 21:02

Borax hat geschrieben:Steht im Datenblatt explizit, dass auch der Temperaturkoeffizient sich auf die 100mA bezieht?

Im Datenblatt ist eine Kurve "Ambient Temperature vs. Forward Voltage" bei IFP=100mA.

: Bildschirmfoto-2.png (21.63 KiB) 8173 mal betrachtet

IFP ist der forward pulse current mit pulse <=10ms und duty cycle <= 10%. Damit sollte Ambient Temperature ungefähr gleich Junction Temp. sein (wobei 10ms / 10% ein etwas langer Puls und hohes Tastverhältnis für meinen Geschmack sind)

Borax · Fr, 11.01.13, 12:03

Die Kurve kommt mir etwas seltsam vor. Bei allen meinen Messungen war der Temperaturkoeffizient im Bereich 20°-90°absolut konstant. Hier ist es aber eine Kurve die gerade in diesem Bereich immer weniger linear ist. Und wenn man sich daraus den Temperaturkoeffizient berechnet (zwei Punkte sind ja recht eindeutig: Schnittpunkt 6,25V mit etwa -12°C und 6.0V mit 25°C) dann würde sich ein Wert von 6,7mV/°C ergeben (also etwa 3,3mV/°C pro Chip). Das halte ich für recht hoch. Wenn man dagegen die Schnittpunkte 6,0V mit 25°C und 5,75V mit 100°C nimmt ergibt sich ein Wert von 3.3mV/°C (also etwa 1,7mV/°C pro Chip). Diesen Wert halte ich eher für 'richtig', aber von einer 'Konstante' kann man da nicht reden. Was außerdem noch hinzu kommt ist die Anmerkung zum Datenblatt: Tolerance of measurements of the Forward Voltage is +/- 0.07V
=> Selber messen ist angesagt

C.Böhme · Mo, 14.01.13, 10:34

Hallo liebe User,

ein Datenblatt für die 4W und 10W Variante ist bereits in Arbeit und müsste noch diesen Monat online gehen. Dort findet ihr dann auch Daten zu SmartArray A und L. Falls euch in dem Datenblatt irgendetwas fehlt, dürft ihr euch gerne direkt an mich wenden.

Schöne Woche

Borax · Fr, 03.05.13, 08:58

Ich hab inzwischen auch einige der 4W Smart-Arrays im Einsatz (genaueres gibt es später in einem eigenen Beitrag). Aber da ich sie eben schon da habe, hab ich gleich mal ein Modul (genau dieses hier: http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Chip ... weiss.html ) mit der hier beschriebenen Methode vermessen. Ergebnis:
Wärmewiderstand des Gesamtsystems (LED-Junction->Kühlkörper) = 4.6K/W (mittlerer Fehler etwa 5%)
Ein oben schon angesprochenes Problem ist die mechanische 'Labilität' der Aluplatine. Bei Verwendung einer etwas zäheren Wärmeleitpaste (wie z.B. Artic Silver 5) reicht es nicht, die Aluplatine nur an den beiden Seiten zu verschrauben. Mann sollte zusätzlich die Aluplatine (vorsichtig!) auf den Kühlkörper pressen. Erst dann wurde auch in der Mitte des Moduls der angestrebte möglichst geringe Abstand zwischen Aluplatine und Kühlkörper erreicht (man merkt es daran, dass minimal Wärmeleitpaste seitlich heraus gedrückt wird).

Achim H · Fr, 03.05.13, 12:26

Noch besser wäre es, wenn die Aluplatine leicht zwischen 10 Fingern* rund gebogen wird, sodass diese beim Auflegen auf den Kühlkörper etwas schaukelt (wenn ein/zwei Blatt Papier an jedem Ende drunter passt, dann reicht das schon). Beim Anschrauben presst sich die Mitte der Aluplatine von alleine an den Kühlkörper.

* So unscheinbar die Aluplatine aussieht, das Material lässt sich nur schwer biegen.