LEDs bis zu welcher Temperatur belastbar?

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_404

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Vielleicht kann mir da jemand helfen.

Bis zu welcher Temperatur kann man LEDs (XM-L , XP-G ) betreiben.

Es ist mir klar das hohe Temperaturen auf die Lebenserwartung gehen... Aber ich brauche keine 10k h.

Ausgangslage:
Bei meiner Stirnlampe werkeln 7 XPG mit einem Maxflex. Den hab ich bissher immer so eingestellt das er bei 60° abregelt.
Neuerdings hab ich einen Junsi Powerlog mit externen (erstaunlich genauen) Temp. Sensoren.
Da hab ich einen hinten an den LEDs und direkt neben dem MAxflex (also an beides sehr kurz und gut angebunden);
einen am gehäuse etwas weiter weg von den LEDs und einen für die Umgebungstemperatur.

Die Temperatur Messung im Maxflex scheint recht gut zu sein. Wenn ich 50° einstelle regelt er bei 50,7 °C runter. bei 60° eingestellt sind es 61,2°....

Meine Frage ist also ob man die LEDs auch bei 70 oder 80° noch gut betreiben kann oder ob das sehr stark auf die Lebensdauer geht. (Das Datenblatt hat mir da nicht so sehr weitergeholfen).

Drüber ist die beschränkung das ich brandfleken an der stirn oder helm bekomme...
 
die grafiken auf seite 3 und 4 des xm-l datenblatts sollten da eigentlich genügend aufschluß geben.
iirc bringt der maxflex max 2A - sofern du also keinen absolut miesen wärmeübergang von den leds zum gehäuse hast, bist du bei 60° noch gut in der soa.
erstmal nimmt mit der temperatur einfach der lichtstrom ab.
dauerhaft beschädigt wird der emitter wohl erst bei kerntemperaturen > 150°
 
ah ok das hatte ich überlesen...

nagut ist bei mir eh nur bei zimmertemp. relevant.

wenn ich bei Tumgebung <15° fahre und schneller als 10-15 werden die 7 XPG nicht wärmer als 65°.

Werd ich die schaltung wohl einfach mal auf 70 lassen.
 
bei höheren Temperaturen steigt die LED ja nicht einfach irgendwann mal aus, sondern die Helligkeit bzw. der Wirkungsgrad nimmt ab. Je heisser sie betrieben wird desto schneller geht das. Aber Deine 65°C sofern es dann auch wirklich die Chiptemperatur ist die Du misst, sind noch völlig ok.
 
danke für den link. auch wenn da jetzt kein neues Wissen für mich drin ist.

Werde einfach bis 70° auf der Rückseite der LEDs gehen (übliche 7x Platine mit 2k Wärmekleber auf 10mm Alu).
Wobei ich das beim fahren kaum erreichen kann. nur im stand.
 
ausserdem, sogar wenn Du "nur" noch einen Bruchteil der "Lebensdauer" hättest, kommst Du immer noch auf über 1000 Std. Und im Bikebeleuchtungsbereich sind dann schon längst wieder neue noch effizientere LED's / Lampen am Start mit denen man pimpen könnte.
 
siq schrieb:
ausserdem, sogar wenn Du "nur" noch einen Bruchteil der "Lebensdauer" hättest, kommst Du immer noch auf über 1000 Std. Und im Bikebeleuchtungsbereich sind dann schon längst wieder neue noch effizientere LED's / Lampen am Start mit denen man pimpen könnte.
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Genau das war mein gedanke....
 
Also grundsätzlich funktioniert das Ganze genauso wie beim elektrischen Widerstand. Man hat einen Wärmewiderstand über den bei gegebenem thermischen Energiefluss ein bestimmtes Delta T abfällt, also analog elektrischem Widerstand, Strom und Spannung.

Da du pro LED die Übergänge von Die zu Keramik (DzK) von Keramik zu Platine (KzP) und von Platine zu Gehäuse (PzG) hast müssen wir diese Widerstände einfach aufsummieren: DzK 6 C/W (nicht Coulomb sondern Celsius pro Watt) + KzP 5 °C/W (einfach mal ins Blaue geschätzt) + PzG 5 °C/W (nochmals völlig willkürlich geschätzt). Macht zusammen 16 °C/W an Wärmewiderstand.

Bei voller Bestrommung, also 1,5A hat man pro LED ca. 5,6W (Vorwärtsspannung mal Strom pro LED)

Delta T = 16 °C/W * 5,6W = 89,6°C

Diese Temperaturdifferenz plus die Gehäusetemperatur ergibt die Temperatur am Die. Umgekehrt ergibt es bei einer maximalen Die-Temperatur die maximal zulässige Gehäusetemperatur. Das sind bei der XP-G 150°C: 150°C - 89,6°C = 60°C max. Gehäusetemperatur.

Da wir bei Strom und Vorwärtsspannung mit den maximalen Werten gerechnet haben und die Wärmewiderstände (bis auf den von Die zu Keramik, siehe Datenblatt) wild geraten waren kann das ganze nur eine Abschätzung sein, aber so funktioniert das vom Prinzip. Auch für den Widerstand Gehäuse zu Luft funktioniert das so, aber der ist halt extrem von Fahrtwind und Co abhängig. Darauf kommt es aber schlussendlich an, solange man keine groben Schnitzer innerhalb der Lampe macht (Wärmeleitpaste vergessen etc.) ist der Übergang zur Luft der heftigste, zumindest im Stand und da sollte die Lampe halt irgendwann die Leistung runterfahren.

Ich denke deine 70°C sind ein guter Wert, aber auch die 90°C werden deinen hübschen XP-Gs kaum schaden. Typischerweise wird die Gehäusetemperatur schneller für einen selbst inakzeptabel als für die LEDs. Meine Eternity 2 wird z.B. im Winter regelmäßig als Eislauf Flutlicht verwendet und da können die LEDs schon mal leicht bläulich werden (nicht dauerhaft) und da weiß ich dann schon, dass ich das Gehäuse nicht mehr anfassen sollte... ;-)

Gruß td
 
mal ein log zu meiner Lampe...

hatte die lampe im Kühlschrank (ca 0°)
Temp sensor für umgebung ist im KAbel zur lampe also auch anfangs kalt...

Dann einfach mal laufen lassen bei 1A (25W).
und einen 12cm lüfter mit 700rpm davor. also wirklich nur leichter wind. denk mal bei 10kmh hat man schon mehr.

Ergebnis: pendelt sich bei 17° umgebung so bei mittleren 40°C Temperaturen ein (LEDs).

man sieht dann schön den knick wenn ich den Lüfter aus mache.
Dann gehts hoch und der Maxflex regelt bei knapp 60° runter.
 

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Ja siehst du, ist doch top. Wenn du jetzt am Die messen könntest hättest du mehr Möglichkeiten, aber so ist es doch top. Das mit dem Kühlschrank hättest du dir übrigens auch sparen können. ^^

Bei 25W kannst du ja die ganze Rechnung auch nochmal machen. Du darfst bei der Leistung wahrscheinlich sogar auf die 90°C gehen... Guck halt mal.

Gruß td
 
na wollte mal sehen wie die kurve ab 0°C aussieht...
und ob kondenswasser was macht :-) - zum glück nicht...

und ja - bei der lampe für kommenden winter werde ich Temp. sensoren direkt zwischen die LEDs machen. werden 2 7fach XML platinen...
Da wird das dann wahrscheinlich auch eher interessant - bei 90W.

Wobei das Gehäuse gut kühlfläche und kurze wege für die Wärme haben wird. ( wird aus AlSi10Mg gesintert...)
 
Ob sintern so toll ist weiß ich nicht. Hört sich erstmal nicht unbedingt nach einem homogenen Material an. Da würde ich evtl. erstmal Tests machen.

Am sinnvollsten ist halt wirklich die Temperatur am Die zu messen. Theoretisch ist das sogar machbar, hat Siam an einer seiner Lampen realisiert. Die Vorwärtsspannung ist nämlich bei gegebenem Strom zusätzlich von der Temperatur am Die abhängig.

Ach ja, bitte nicht den Sensor unter die LED pappen, der leitet nämlich bestimmt ganz mies die Wärme.

Gruß td
 
traildesaster schrieb:
Ach ja, bitte nicht den Sensor unter die LED pappen, der leitet nämlich bestimmt ganz mies die Wärme.
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lol ja das wär clever... Kann man ausprobieren wie schnell der sensor ist:-)

das Rapidprototyp alu ist super was wärmeleitung angeht... Im Grunde fast die gleichen Eigenschaften wie gefräßtes Alu. (Also mal von durchschnittlichem ausgehen).

Hab schon teile aus dem zeug. Von der Wärmeleitfähigkeit abgesehen - da kannst fertige Teile fürs MTB "drucken". Siehe Anhang.

Für Lampengehäuse optimal. Vor allem kann man Kühlrippen usw so gestalten wie es gar nicht zu fräßen / drehen wäre.

leider nicht ganz billig. aber was vergleichbares fräßen zu lassen wäre auch nicht viel billiger

mehr infos z.b. hier: http://www.ptz-prototypen.de/de/leistungen/metall-lasersintern
 

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Kommt sehr auf die Firma an die das herstellt.
Manche rechnen einen Grundbetrag und dann nach Volumen des Körpers ab.

andere nur nach maximal abmessungen usw. Da gibts viele verschiedene abrechnungs Modelle.

Auch das verwendete Material macht viel aus.

Hatte z.b. mal versucht eins aus Kunststof zu machen ("alu verstärkter") und dann mit heatpipes die Wärme raus zu bekommen. Das hat mich 10 € gekostet. 60 durchmesser*40 ca.

Das Richtige Alu ist schon teurer. hab ein Angebot für ein 2x 7 fach platinen Gehäuse mit ordentlich Kühlrippen und stiften rundrum für 100€...
 
traildesaster schrieb:
Bei voller Bestrommung, also 1,5A hat man pro LED ca. 5,6W (Vorwärtsspannung mal Strom pro LED)

Delta T = 16 °C/W * 5,6W = 89,6°C
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ist eher als Frage gemeint, also nicht hauen, wenn ich ein Denkfehler mache:


Tatsächlich dürfte diese Rechnung sogar noch günstiger für den Lampenbau ausfallen, wenn man noch mit einberehnet, dass ja nicht die volle 5,6 W in Wärme umgewandelt werden. Durch die Norm, dass 683 Lumen bei 555nm Wellenlänge 1 W Leistung entsprechen, würde das hier bedeuten:

angenommene Lumen für eine XP-G: 350

-> 350/683 = 0,51

Heisst, dass 0,51 W in reiner Lichtenergie umgewandelt werden. Also Energie im sichtbaren Bereich, die eben für die Wärmeentwicklung so gut wie irrelevant ist.

Unter Strich: Aus den 5,6 W bleiben "nur" noch 5,6 - 0,51 = 5,09 W für den Wärmewiderstand übrig.

Eingesetzt oben, hieße das: 16°C/W * 5,09 W = 81,44°C
also 150°C - 81 °C = 69°C Gehäusetemperatur.
 
Das ist vollkommen richtig. Du musst sogar über den ganzen Frequenzraum integrieren, wobei da dann pro Frequenz natürlich entsprechend geringere Lumenwerte aufsummiert werden. Daher denke ich passt das schon ganz gut mit deiner Näherung.
<Klugscheißmodus="an"> Ich hatte da schon dran gedacht, aber der absolute Großteil geht halt leider immer noch in Form von Wärme verloren.

Gruß td
 
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