max strom für k2

[norminator85]

hallo, also was ist das maximum was ich einer k2 bei übertriebener kühlung auf dauer antun kann?
ich habe 5 k2 auf einen großes (1m x 1m und 2mm dick) blech geklebt mit währmeleitkleber! umd auf diesem blech würde ich noch falls nötig so 10 kupfer schteifen ca. 3cm hoch abgewinkelt und so lang wie das blech wie lammellen auflöten (hart löten)
das ganze soll dann an die decke und als zimmer beleuchtug dienen!
zur zeit laufen die bei ca 1,1A und das blech wird nur etwas warm (nach 5 stunden)

[Bazillus]

Hallo!

Also ich würde den maximalen Strom vom Datenblatt nicht überschreiten, auf Dauer schadet dies der Lebensdauer. Und unter "übertriebener" Kühlung versteh ich das Einfrieren in flüssigem Stickstoff ... aber du musst berücksichtigen, dass sich der thermische Widerstand ja nicht nur aus dem Rth des äußeren Kühlkörpers zusammensetzt, sondern auch aus Übergangsverlusten und dem Übergangswiderstand zwischen Chip und Gehäuse der LED. Und diesen kannst du nicht verkleinern, egal wie groß dein Kühlblech ist, und egal, wie viele Kupferstreifen darauf sind!

LG, Michael

[norminator85]

und was genau an strom würdest du ihr zumunten? kann ich bis 1,4 A gehen?

[alexStyles]

wenn es die weißen sind
dann gehts laut Datenblatt bis zu 1.5A !...

MfG Alex

[DnM]

würd ich nicht tun schau ins daten blatt und probier do na wie möglich am chip die temp zu messen wenn sie nicht über 50° geht könnte das klappen aber garantieren kann ich das nicht

[norminator85]

ja sind weiß.... also is 1,5 A auf dauer ok?

ich habe keine möglichkeit zu messen

[alexStyles]

Joa "laut" Datenblatt
Aber wer weiss ob das nicht trotzdem an und für sich die Lebensdauer herabsetzt


MfG Alex

[DnM]

bleib n bischen drunter und löt vll auf die starplatine noch so kleine wickel aus küpferdraht dran dann is die kühlung an den leds noch besser und sieht auch net schlecht aus

[norminator85]

naja sie sine recht leicht zu tauschen da ich sie auf der platiene nur gelötet und währmeleitpaste genommen habe! naja wenn ich jedes jahr mal eine austauschen muss ist es schon ok

[DnM]

joa wenn für dich das ok is dann probiers ruhig aus. und sag bescheid wenn die erste kaput is damit wir in zukunft wissen wieviel man nehmen darf

[alexStyles]

Also jedes Jahr eine austauschen wäre ja schon *haufen* das wären im Dauerbetrieb 1 Jahr lang ja nichtmal 10.000Std....
und 50.000 Stunden sollten die Leds schon halten meiner Meinung nach

[norminator85]

also ich geh mal auf 1,5A hoch bei einer und schau mal was auf dauer passiert damit nicht gleich alle hin sind! aber meine erfahrung bei leds ist das sie immer etwas mehr vertragen als angegeben! also müsste 1,5 schon gehen oder sogar 1,6
also mit einer pro jahr kann ich leben wenn ich mal sehe was ich an glühobst verbraucht HABE

[Bazillus]

Eine einfache Rechnung über den thermischen Widerstand des Gehäuses hilft uns weiter: 9K/W, Umgebungstemperatur wird mit 25°C angenommen. Der absolut maximal zulässige Betriebsstrom sind 1500mA in Abhängigkeit von der Junction-Temperatur.

Die folgenden 2 Diagramme zeigen dir, bei welcher Junction-Temperatur welcher Strom fließen darf.

Gehen wir von folgenden 2 Betriebsarten aus, wie auch im Datenblatt beschrieben:
5 LEDs, 1A, 5.0V max --> 5 x 5.0W = 25.0W Verlustleistung
5 LEDs, 1.5A, 5.0V max --> 5 x 7.5W = 37.5W Verlustleistung

Hätte der Kühlkörper einen unendlich kleinen, thermischen Widerstand, so würde die Junction-Temperatur der LEDs bei 1A bei 70°C liegen und bei 1.5A bei 92.5°C. So wäre der Betrieb in beiden Modi zulässig.

Nehmen wir für deine Variante allerdings einen realistischen Wert von Rth=1K/W an, so hat der Kühlkörper=Gehäusetemperatur der LEDs bei 1A 50°C und bei 1.5A 62.5°C. Rechnet man weiter auf die Junction-Temperatur der LEDs, so kommt man auf 95°C bei 1A bzw. 130°C bei 1.5A. Beachte allerdings, dass du bei 95°C nur mehr 85% an Leuchtintensität hast und bei 130°C nur mehr 75% an Leuchtintensität. Unberücksichtigt sind hierbei Übergangsverluste und der genaue Rth-Wert deines "Kühlkörpers". Deswegen würde ich bei maximal 1A betreiben ... denn auch wenn du deinen Kühlkörper noch angreifen kannst, die Chips sind wesentlich heißer! Außerdem wurden die Lebensdauer-Angaben alle für Junction-Temperaturen von 25°C festgelegt ...

LG, Michael

[P.Sparenborg]

Besser kann man die Frage nicht beantworten. Vielen Dank für den kompetenten Beitrag!

[John.S]

@Bazillus

Du hast bei deiner Rechnung aber die ganze Leistung als Verlustleistung eingerechnet und den Anteil der die Led als Licht verlässt vergessen.

[Sailor]

Das mache ich jedenfalls bei Kühlkörperberechnungen immer so. Zum Einen traue ich den Angaben nicht so sehr und zum Anderen habe ich dann auch die Reserve, die ich für die Übergangswiderstande benötige.

[John.S]

Das mache ich jedenfalls bei Kühlkörperberechnungen immer so. Zum Einen traue ich den Angaben nicht so sehr und zum Anderen habe ich dann auch die Reserve, die ich für die Übergangswiderstande benötige.

Naja das verdammt viel Reserve,erstens geht er vom schlecht möglichsten Wirkungsgrad aus indem er die 5V maximalspannung nimmt und dann auch nochj die Gesamte Leistung als Verlustleistung nimmt.

[Bazillus]

Naja das verdammt viel Reserve,erstens geht er vom schlecht möglichsten Wirkungsgrad aus indem er die 5V maximalspannung nimmt und dann auch nochj die Gesamte Leistung als Verlustleistung nimmt.

Du solltest nicht vergessen, dass LEDs immer noch Halbleiter sind ... insofern ist da gar nicht so viel Unterschied zwischen einer CPU und einer LED ... sie freuen sich über jedes Grad weniger, das sie haben! Außerdem musst du berücksichtigen, dass eine optimale Kühlung nicht immer gewährleistet werden kann, und besonders, wenn die LEDs auf einem Blech montiert sind, es eine Zeit lang dauert, bis auch das äußerste Ende warm ist ... somit hast du noch immer eine Konzentration der Wärme in der Mitte!

Außerdem wird Wärmeleitpaste/kleber auch mit der Zeit trocken und schlechter ... und ohne dass dus merkst werden deine LEDs heißer und heißer ... deswegen ist bei Halbleitern IMMER vom Worst Case auszugehen ... und eine Sicherheitsreserve einzurechnen ... mal abgesehen von Serienstreuungen! Ein Flugzeug fliegt doch auch nicht mit halb vollem Tank, nur weil es von Berlin nach Wien nicht mehr braucht ... Also sei nicht so geizig mit der Dimensionierung und erfreue dich eines langen LED-Lebens!

LG, Michael

Ps: Und so viel Energie, wie du tust, wird auch nicht in Licht umgewandelt ... grob gerechnet sind mindestens 80% noch immer Abwärme ...

[John.S]

Naja das verdammt viel Reserve,erstens geht er vom schlecht möglichsten Wirkungsgrad aus indem er die 5V maximalspannung nimmt und dann auch nochj die Gesamte Leistung als Verlustleistung nimmt.

Du solltest nicht vergessen, dass LEDs immer noch Halbleiter sind ... insofern ist da gar nicht so viel Unterschied zwischen einer CPU und einer LED ... sie freuen sich über jedes Grad weniger, das sie haben!

Da stimme ich dir zu.

Naja das verdammt viel Reserve,erstens geht er vom schlecht möglichsten Wirkungsgrad aus indem er die 5V maximalspannung nimmt und dann auch nochj die Gesamte Leistung als Verlustleistung nimmt.

und besonders, wenn die LEDs auf einem Blech montiert sind, es eine Zeit lang dauert, bis auch das äußerste Ende warm ist ... somit hast du noch immer eine Konzentration der Wärme in der Mitte!

Das ist ein Denkfehler.Wenn der Kühlkörper nicht vollständig warm ist,ist die die wärmeableitung besser da das Alu ansich die Wärme besser ableitet als der Kühlkkörper an die Luft.
Wenn er nämlich vollständig warm ist gibt es kaum Temperaturdifferenz im Kühlkörper und die Wärme kann dann nru noch an die Luft abgegeben werden,erst dann hat der Kühlkörper seinen "wirklichen" Wärmewiderstand.

Naja das verdammt viel Reserve,erstens geht er vom schlecht möglichsten Wirkungsgrad aus indem er die 5V maximalspannung nimmt und dann auch nochj die Gesamte Leistung als Verlustleistung nimmt.

Außerdem wird Wärmeleitpaste/kleber auch mit der Zeit trocken und schlechter

Ich weiss nicht wie stark diese Alterung ist,meine Wärmeleitklebepads haben nur 1mk/0,4W Wärmewiderstand,das ist ruhig vernachlässigbar und ich glaub kaum dass der Wert nach ein paar Jahrne ums Tausendfache ansteigt wo er Auswirkungen hätte.

Dazu kommt noch dass wir Leds kaufen in der Zeit wo die Entwicklung am schnellsten vorran schreitet.
Ganz ehrlich wenn interesiert es ob die K2 mit lächerlichen 20-30 lm/W 5 jahre Dauerbetrieb aushällt wenn sie jetzt schon veraltet ist und wir jedes halbe Jahr Steigerungen im Wirkungsgrad und absinken der Preise haben?
In 2 Jahren würde ich sie einfach wegschmeisen egal ob sie noch funktioniert weil die weissen Leds dann wahrscheinlich schon an der 200lm/W Grenze kratzen oder sie schon überschritten haben.
Dein Vergleich mit den CPUs ist wirklich sehr gut gewählt,wer will heute noch 1Ghz CPUs nutzen,Niemand.Nicht anders wird es bei Leds sein und die kosten sind ansich schon nur einen Bruchteil von CPUs.

Soweit meine Meinung.

Ein Flugzeug fliegt doch auch nicht mit halb vollem Tank, nur weil es von Berlin nach Wien nicht mehr braucht ... Also sei nicht so geizig mit der Dimensionierung und erfreue dich eines langen LED-Lebens!

Geizig bin ich nie in dieser Hinsicht,habe zuhause 9 CPU Kühlkörper rumliegen die ich Aktiv betreibe jedoch den lüfter drossele sodass man ihn nicht mehr hören kann.
Alle Kühlkörper bleiben Lauwarm bei 25-30°C.


Ps: Und so viel Energie, wie du tust, wird auch nicht in Licht umgewandelt ... grob gerechnet sind mindestens 80% noch immer Abwärme ...

Je nach Led,eine Seoul P4 hat bei 350ma über 30% Wirkungsgrad.

Ohne die Phosporschicht erreicht der Chip sogar fast 40%.

[Sailor]

Die Ausführungen stimmen soweit, als Du deinen Kühlkörper unter Laborbedingungen einsetzt.

Die Wärmeabgabe des Kühlkörpers an die Umgebung erfolgt auf zwei wegen:

1. über die Konvektion
Hier ist in der Regel weder der Einbauort noch die Einbaulage ideal für die Erzeugung einer Luftströmung, von der die Wärme in der errechneten Geschwindigkeit abgeleitet wird. Dies gilt insbesondere für Flächenkühlkörper mit nach oben wegstehenden Kühlrippen. Beim Einsatz von Sternkühlkörpern wird die Konvektionswirkung bei den häüfigsten LED-Anwendungen zwar besser sein, dafür fällt der Wärmeabtrag durch Infrarotstrahlung fast komplett weg.

2. über Infrarotstrahlung
Dieser nicht unerhebliche Teil der Kühlwirkung fällt an vielen Einbauorten in erheblichem Unfang weg, weil die Strahlung in unmittelbarer Nähe aufgenommen wird und und zur Erhöhung der Umgebungstemperatur beiträgt, die die Konvektion am Kühlkörper noch weiter behindert.

Ausgleichen lassen sich diese Mängel in der Einbausituation entweder durch einen entsprechenden Zuschlag oder durch aktive Kühlung.

Ein Zuschlag von 30% ist schon verdammt wenig, wenn die LED und damit der Kühlkörper z.B. unter der Abdeckung eines Lampenschirmes betrieben wird.

Also reichlich Zuschlag ist das mit Sicherheit nicht - an vielen Einbauorten eher zu wenig!

Zur Größe des Kühlkörpers: So ideal ist die Wärmeleitung der meist benutzten ALU-Kühlkörper nicht.

Wenn er an den Ecken nicht schnell warm wird, kann das gerade bei der punktförmigen Einleitung auch bedeuten, dass zu dünnes Material benutzt wurde, z.B. weil der Kühlkörper für eine flächige Einleitung berechnet ist.

Dann kann es durchaus sein, dass die zulässige Temperatur an der Einleitstelle schon lange überschritten ist während die entfernteren Teile des Kühlkörpers noch "kalt" sind.

Dazu noch eine persönliche Anmerkung:
Ich habe in meinem Leben nicht nur viele Fehler beseitigen müssen, sondern auch zwei Freunde verloren, weil Bauteile exakt nach den Berechnungen zur Leistungsfähigkeit des Materials eingesetzt wurde. Das in meiner Ausbildungszeit geltende Motto "Das haben wir berechnet, und jetzt noch ein Schlag zur Sicherheit drauf" wird mit fatalen Folgen zunehmend nicht mehr als notwendig erachtet.

[Bazillus]

Das ist ein Denkfehler.Wenn der Kühlkörper nicht vollständig warm ist,ist die die wärmeableitung besser da das Alu ansich die Wärme besser ableitet als der Kühlkkörper an die Luft.
Wenn er nämlich vollständig warm ist gibt es kaum Temperaturdifferenz im Kühlkörper und die Wärme kann dann nru noch an die Luft abgegeben werden,erst dann hat der Kühlkörper seinen "wirklichen" Wärmewiderstand.

Da liegt ein Denkfehler in deiner Argumentation: Ein Kühlkörper kühlt ein Bauteil nicht, weil er sich selbst erwärmt. Er kühlt, weil er die überschüssige Wärme an die Umgebung abgibt. Das was du ansprichst, ist die spezifische Wärmekapazität von Aluminium. Es ist die Energie, die notwendig ist, um den Kühlkörper auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen. Und in der Phase "Kühlkörper kalt - LED heiß" befinden wir uns nur sehr kurz ... in sofern kann man das nicht als kühlende Phase betrachten, sondern eher mehr als Aufwärmphase.

Dein Vergleich mit den CPUs ist wirklich sehr gut gewählt,wer will heute noch 1Ghz CPUs nutzen,Niemand.Nicht anders wird es bei Leds sein und die kosten sind ansich schon nur einen Bruchteil von CPUs.

Also nichts gegen 1GHz CPUs ... ich arbeite noch immer darauf, und bin mehr als zufrieden ... aber das ist eine persönliche Ansichtsweise.

LG

[John.S]

Das ist ein Denkfehler.Wenn der Kühlkörper nicht vollständig warm ist,ist die die wärmeableitung besser da das Alu ansich die Wärme besser ableitet als der Kühlkkörper an die Luft.
Wenn er nämlich vollständig warm ist gibt es kaum Temperaturdifferenz im Kühlkörper und die Wärme kann dann nru noch an die Luft abgegeben werden,erst dann hat der Kühlkörper seinen "wirklichen" Wärmewiderstand.

Da liegt ein Denkfehler in deiner Argumentation: Ein Kühlkörper kühlt ein Bauteil nicht, weil er sich selbst erwärmt. Er kühlt, weil er die überschüssige Wärme an die Umgebung abgibt. Das was du ansprichst, ist die spezifische Wärmekapazität von Aluminium. Es ist die Energie, die notwendig ist, um den Kühlkörper auf eine bestimmte Temperatur zu erwärmen. Und in der Phase "Kühlkörper kalt - LED heiß" befinden wir uns nur sehr kurz ... in sofern kann man das nicht als kühlende Phase betrachten, sondern eher mehr als Aufwärmphase.

LG

Ist schon richtig so wie ich das beschrieben habe.
Er meinte dass bis sich der Kühlkörper vollständig erwärmt hat die Leds heiser werden,also genau die Phase,dass ist aber eben unlogisch weil in dieser Phase die Wärme hauptsächlich ans Aluminium agegeben wird und das hat nunmal eine weitaus höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft.
Wäre dass nich so könnte der Kühlkörper auch gar nicht funktionieren.

Die Spezifische Wärmekapazität hat da nur Einfluss auf die Dauer dieser Phase,dass heisst bis der Kühlkörper vollständig warm ist.
Erst dann hat der Kühlkörper seinen wahren Wärmewiderstand zu Luft.