Hallo zusammen, ich hätte ein paar Fragen zum Einfluss von Stromstärke und Temperatur auf Farbe und Lebensdauer von LEDs: 1. Im Datenblatt meiner LEDs steht, dass diese einen Betriebsstrom von 20mA bei 2,1 V haben. Dabei erzeugen Sie licht mit einer bestimmten Helligkeit und Wellenlänge. Wenn ich kurzfristig den Strom stark erhöhe, so verändert sich die Lichtfarbe meiner LEDs von gelb in Richtung rot. Ist diese Rotfärbung nun eine direkte Folge des zu hohen Stromes oder durch die damit verbundene Temperaturerhöhung? 2. Wenn ich den LEDs anstatt der empfohlenen 20mA Dauerstrom eine PWM-Modulierten Strom gebe mit 50% Einschaltdauer und dafür aber 40mA, so ist die Lichtfarbe in meinem Fall noch immer ungefähr gelb. Die Leistung die nun verbraten wird ist identisch. Die Wärmeentwicklung müsste auch ungefähr gleich sein. Ist diese Betriebsart Lebenszeitverkürzend? 3. Ab welchen Umgebungstemperaturen wird der Einsatz von LEDs kritisch? Wie sieht es in Ampeln aus? Da könnten doch ohne weiteres im Sommer 80°C drinnen sein. Plus die selbst erzeugte Wärme der LEDs könnten diese dann doch schnell 100°C erreichen. Ab wann wird es für LEDs Lebensdauermäßig kritisch? Wie sieht es mit der Lichtverfärbung bei solchen Temperaturen aus? Vielen Dank für Eure fundierten Antworten und viele Grüße Karl
zu 1 Diese Verfärbung hat nicht mit dem Strom zu tun, sondern nur etwas mit der Temperatur. Wenn die LED rot leuchtet, ist sie hinüber (das geht so ziemlich mit jeder LED Farbe, selbst weise LEDs leuchten rot) zu 2 PWM verkürzt die Lebensdauer nicht, zumindest wenn man alle Daten einhält. zu 3 Ab etwa 100-150°, wenn ich das nocht richtig im Kopf habe.
Oftmals sieht man in Datenblättern bei den absolut maximum ratings eine Pulsbelastung von 100mA. Stephan.
Danke für Eure Antworten. Wenn ich Eure Antworten zusammenfasse, ist PWM kein Problem, sofern die durchschnittliche Stromstärke die empfohlenen 20mA nicht überschreitet und der Strom in der Einschaltphase < der Pulsstromstärke des Datenblattes ist. Sofern die LEDs <100° C warm werden, schadet es den LEDs nicht. Auch langfristig nicht? Noch zwei Fragen zu der 'Verfärbung' 1. Behalten die LEDs einen bleibenden Schaden, wenn die Farbe durch zu hohe Stromstärke für ein paar Sekunden rot statt gelb geleuchtet hat? 2. Ich hatte den Eindruck, dass die LEDs bei Erwärmung von gelb nach orange tendieren. Bin mir aber nicht sicher, ob das nur Einbildung ist. Wäre eine Verfärbung wegen Hitze (aber vermutlich noch deutlich unter 100°C) dauerhaft? Danke nochmal für Eure Tips. Viele Grüße Karl
Hi, ein Kommentar, was Temperatur und Farbe betrifft: Temperatur, allgemein: Das Teil ist ein Halbleiter, also an die bekannten Mechanismen gebunden. Soll heißen, abhängig vom Material ist bei 120 bis 150 Grad Schluß, dann nehmen thermische Effekte exponentiell überhand, der "Nutzeffekt" "verschwindet". In der Regel "stirbt" das Bauelement dann den Wärmetod wegen Überlastung (wenn es dann weiter betrieben wird!) Wärmetod ist auch das Stichwort für die Frage nach der roten Farbe. Die rote Farbe rührt m.M. (korrigiere mich, wer's richtig weiß) daher, das Du aufgrund der höheren eingeführten Energie einen anderen Energieübergang für die Rekombination (der zur Lichtaussendung führt) nutzt. Primär nicht unbedingt schädlich. Schädlich ist die damit allerdings einhergehende thermische Überlastung! Kurzzeitig wird sie es "überstehen" und danach wieder normal funktionieren, langfristig erzeugst Du allerdings eine Vorschädigung des Halbleiters und verminderst die Lebensdauer.
Hi, Also Alterung von Halbleitern allgemein hängt von der Stromdichte und Temperatur ab. Wenn Du davon ausgehst, dass sich Dein Material nicht temperaturbedingt verändert, hast Du z.B. folgenden Effekt: Elektromigration : Kurz gesagt werden durch die Energie der Elektronen Atome ionisiert, bewegen sich ein Stück und rekombinieren wieder. Dadurch entstehen z.B. in Leiterbahnen Kurzschlüsse oder Risse. Grundsätzlich nimmt also die Lebensdauer mit höherer Temperatur und höherem Strom ab. Wenn Du die LEDs am Rand der Spec betreibst, hast Du normalerweise ca. 10-20 Jahre, bis eine LED auf 50% ihrer ursprünglichen Helligkeit zurück geht. Also schau ins Datenblatt, Pulse Current bei welchem Duty Cycle und Frequenz. Gruß ka-long
Scheint so, als ob in meiner Anwendung kein Temperaturproblem auftauchen sollte. Jetzt bin ich schon etwas beruhigter. Danke an euch alle.
> 2. Wenn ich den LEDs anstatt der empfohlenen 20mA Dauerstrom > eine PWM-Modulierten Strom gebe mit 50% Einschaltdauer und dafür > aber 40mA, so ist die Lichtfarbe in meinem Fall noch immer ungefähr > gelb. Die Leistung die nun verbraten wird ist identisch. IMHO nein. Leistung ist Spannung mal Strom. Du hast doppelten Strom, aber auch höhere Spannung (ansonsten könnte der Strom schlecht höher sein). Also hast du mehr als die doppelte Leistung, bei halber Einschaltdauer. Also ist die Verlustleistung bei PWM höher als bei Dauerstrom.
Hi, das stimmt so nicht. Natuerlich ist bei einem höheren Strom die Spannung auch höher, eine LED ist jedoch kein Ohmscherwiderstand, sondern eine Diode mit extrem steiler U-I Kennlinie, die auch bei gering höherer Spannung einen sehr viel hoeheren Strom durchlaesst. Daher ist das Produkt von I1 U1 und I2 U2 im Grunde nur von I1 bzw. I2 abhaengig. Gruß Tobias
@Chris ich meinte die Leistung, die in den LEDs verbraten wird, ist die gleiche. Das deshalb, weil ja fast unabhängib von der angelegten Spannung an den LEDs dort immer die fast gleiche Spannung abfällt. Dann ändert sich die dort verbratene Leistung nur noch proportional zur Stromstärke. Und wenn ich bei doppelter Stromstärke mittels PWM den Strom die halbe Zeit ausschalte, sollte also die in den LEDs verbratene Leistung die gleiche sein. Im Vorwiderstand sieht es natürlich anders aus. Hier erhöht sich der Spannungsabfall weit überproportional und dazu noch die gestiegene Stromstärke. Das bedeutet dann einen Leistungsverlust von > U hoch 2.
hallo natürlich gibt es ein temperaturproblem. in den datenblättern der leds sind diagramme angegeben, die aussagen, welcher strom bei welcher temperatur zulässig ist ohne die lebensdauer zu verkürzen. bei hohen umgebungstemperaturen (bsp in der ampel) können/sollten die leds nicht mehr mit dem nennstrom (der für 20grad angegeben ist) betrieben werden. beispiel-led von nichia: 30mA: bis 40°C 20mA: bei 60°C 10mA: bei 80°C über 85°C kein Betrieb mehr.
@Tobias Schneider So steil sind LEDs leider auch nicht: Bei einer Multiplexansteuerung betreibe ich grüne LEDs mit 0,2A und rund 4,2V !!! Der Innenwiderstand beträgt rund 13 Ohm. Oberhalb der Flusspannung verhält sich die LED fast vollständig linear (wenn man die Flusspannung wegrechnet).
Hi, Ansich ist sowas auch alles im Datenblatt spezifiert. Das nennt sich Derating by Temperature..... Meistens gibts nen Diagramm Current Vs. Temperature. Innerhalb dieser Grenze ist die Lebensdauer garantiert. Gruß ka-long
Dass die Farbe sich mit der Temperatur ändert, habe ich schon beim Auslöten einer SMD-LED während des Betriebs bemerkt. Ist wieder zurückgegangen. Die Lebensdauer ist immer auch eine Funktion der Temperatur. Statistisch gesehen wird eine Schaltung bei 60° schneller ausfallen als bei 20°, vor allem, wenn die Temperatur sich ständig ändert. Mancher glaubt vielleicht, dass ein Bauteil ewig hält, solange man es unter der max.Temp betreibt. Es ist ein fließender Übergang: je höher die Temp, desto kürzer das Leben.
PWM mag vielleicht die Lebensdauer einer LED nicht verkürzen, ganz bestimmt aber die Leuchtintensitaet. Ich lege hierzu eine Application Note der Firma "Agilent Technologies" bei.
Ich hab hier merkwürdige experimentelle Ergebnisse, die ich mal mitteilen möchte. Aus dem Klingeltrafo unseres Hauses ziehe ich Spannung für eine weiße LED, die permanent leuchtet. Anfangs nur Einweggleichrichtung und Widerstand. Nach einem halben Jahr war die mit durchschnittlich 20mA betriebene LED nur noch halb so hell, wie anfangs (Nichia LED, 5mm, weiß). Ich dachte, es läge vielleicht an unangenehmen Spannungsspitzen, die ja bei einem Klingeltrafo zu vermuten sind. Also 1mH Spule und 500uF Kondensator nach der Diode zum abfangen dieser Spitzen eingebaut. Jetzt nach einem Jahr ist die nächste LED (Agilent 5mm, weiß) schon wieder recht dunkel. Keine Ahnung, was da vor sich geht, aber zumindest läuft mein Langlebigkeitsexperiment nicht so glücklich :-)
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