Hallo Leute,
ich bin dabei mir eine UV-Leuchte aufzubauen, hierfür benutze ich die
SMD UV-LEDs von Seoul Viosys. Das Ansteuern der LED funktioniert
bereits, ich habe eine Leiterkarte entwickelt mit leider nur mit einer
Kupferlage, sprich nur Top-Layer.
Nun stehe ich aber vor dem Problem, dass die LED zu warm wird bei voller
Ansteuerung. Zwar habe ich vorsichthalber schon Kupferflächen auf der
Platine verlegt, also rundum das Footprint der LED, aber leider reichen
die Flächen nicht aus. Jetzt möchte ich gerne auf die Unterseite einen
Kühlkörper anbringen.
Hierbei hätte ich eine Verständnisfrage:
Reicht es aus, wenn ich einen Kühlkörper direkt unter der Leiterkarte
mit Wärmeleitpaste oder Pad anbringe, damit die Wärme von der LED durch
die Leiterkarte bis in den Kühlkörper abweichen kann?
Oder ist es zwingend notwendig, dass der Kühlkörper eine Verbindung zur
LED haben muss (zum Beispiel, mit einer Schraube durch die Kupferflächen
oder am Gehäuse der LED).
Vielen Dank im Voraus
Oli
Oliver F. schrieb:> Reicht es aus, wenn ich einen Kühlkörper direkt unter der Leiterkarte> mit Wärmeleitpaste oder Pad anbringe, damit die Wärme von der LED durch> die Leiterkarte bis in den Kühlkörper abweichen kann?
Wenn man das nicht ausrechnen kann (der thermische Widerstand von FR4
ist bekannt und viele Durchkontaktierungen reduzieren ihn zudem) dann
kann man es ausprobieren.
> Oder ist es zwingend notwendig, dass der Kühlkörper eine Verbindung zur> LED haben muss
Kommt drauf an, wieviel Leistung du den LED zumuten willst. Und auf die
Umgebungstemperatur. Und ob da ein Lüfter bläst oder nur passive
Konvention möglich ist.
BTW: das Problem ist übrigens keines, das mit Digitaltechnik zu tun hat.
Oliver F. schrieb:> Vielen Dank im Voraus
Geile Idee wenn man gleichzeitig zu faul ist, den Typ der LED zu nennen
oder ihr Datenblatt zu verlinken.
Oliver F. schrieb:> Oder ist es zwingend notwendig
Kann sein, kann nicht sein, kommt auf die LED an (ach, welche
Überraschung).
Bei 'high power' eher zwingend notwendig.
Danke für die Antworten.
Lothar M. schrieb:> Kommt drauf an, wieviel Leistung du den LED zumuten willst. Und auf die> Umgebungstemperatur. Und ob da ein Lüfter bläst oder nur passive> Konvention möglich ist.>> BTW: das Problem ist übrigens keines, das mit Digitaltechnik zu tun hat.
Ungefähr 2W leistet die LED. Bisher ist kein Lüfter vorgesehen. Bei der
Messung der Temperatur, kam ich auf einen Wert von 92°C bei 100%
Auslastung, die Operating-Temperatur laust Datenblatt liegt bei 85°C.
Sprich viel müsste ich eig. nicht mehr kühlen.
MaWin schrieb:>> Oder ist es zwingend notwendig>> Kann sein, kann nicht sein, kommt auf die LED an (ach, welche> Überraschung).
Mir ging es im Vorfeld, erst um das Verständis, ob eine Anbindung des
Kühlkörpers, unterhalb einer Platine, ohne direkt Verbindung zur
Oberseite mit den Bauteilen, einen Kühleffekt liefert.
Aber bei der LED handelt es sich um eine cud4af1b.
Wo genau hast du die 92°C denn gemessen?
Laut DaBla hat die LED 5,8K/W Rth und der Wirkungsgrad ist so
schlecht...da kann man gleich mit der ganzen Leistung als Heizleistung
rechnen.
Macht bei 500mA Nennstrom also 2,2W und bei 700mA sind es ~3,2W.
Ausgehend von der Erwärmung und der Abnahme der Flußspannung kann man
auch mit 2W-3W und damit einem Delta-T von +12 bis +18°C rechnen.
Und zwar zum Kühlpin, wo du gemessen hast war die Temperatur sicher um
einiges niedriger. Wenn du 700mA als Maximalstrom meinst, dann würdest
du da an der maximalen Chiptemperatur kratzen und ein Versagen wäre
vorprogrammiert.
Nicht umsonst kommen High Power LEDs auf Aluplatinen, wie es die
Vorredner schon gesagt haben. Man muss sich hier entscheiden, was man
haben will: Schlechte Kühlung oder Maximalleistung bzw. nahe dran.
Beides zusammen ist ein gewolltes Versagen.
Oliver F. schrieb:> Aber bei der LED handelt es sich um eine cud4af1b.
3W.
Da reicht die einseitige Hartpapierplatine nicht wenn man nur von unten
kühlt.
Ich würde auf die Lötpads der Platine zunächst dünne Kupferbleche löten,
dann die LED auf die Kupferbleche. So gross müssen die nicht sein,
insgesamt 3cm2 reicht locker, 0.25mm Dicke reicht locker.
Man kann auch Platinen mit extra dicker Kupferschicht kaufen, aber 70u
sind zu wenig, 130 wäre besser.
Ich hab mir mal diese Platine hergestellt und jede LED muß bei 150mA
gekühlt werden. Hinter jeder LED befindet sich ein 3mm Loch und darin
ein ausgestanztes Aluplättchen (beidseitig, also mit LED und Kühlkörper
mit WLK verklebt). Funktioniert problemlos.
Achja das sind 4 Stränge mit je 12 LEDs in Reihe. Laut Hersteller 80lm
bei 150mA pro LED.
Crazy H. schrieb:> Hinter jeder LED befindet sich ein 3mm Loch und darin> ein ausgestanztes Aluplättchen
Da hast Du bestimmt lange gegrübelt, wie man die Stanzabfälle aus der
Firma sinnvoll verwerten könnte.
Der schreckliche Sven schrieb:> Crazy H. schrieb:>> Hinter jeder LED befindet sich ein 3mm Loch und darin>> ein ausgestanztes Aluplättchen>> Da hast Du bestimmt lange gegrübelt, wie man die Stanzabfälle aus der> Firma sinnvoll verwerten könnte.
Falsch ich hab die extra stanzen lassen. 3, 3.5 und 4mm Durchmesser aus
0.8 und 1.5mm Alublech. Später noch 5er aus Kupfer aber für was anderes.
Ich brauchte 18650er LiIon-Akkus bei denen der Pluspol raus steht ;-)
Oliver F. schrieb:> Ungefähr 2W leistet die LED.
Das ist ein recht komischer Ausdruck, der die Verhältnisse nicht
beschreibt. Richtig ist: bei dem vom Hersteller als normal angenommenen
Strom von 500 mA ist die anliegende Spannung etwa 4.3 Volt.
Nimm also mal an, daß von den rechnerischen 2.15 Watt so etwa 30% als UV
rausgehen und der Rest als Verlustwärme abgeführt werden müssen. Also
über'n Daumen 1.4 Watt an Wärme weg müssen.
Zu allem Unglück ist das Gehäuse SMD und 6.35 x 6.35 mm klein. Ich würde
da einen Kühlkörper vorsehen und die Diode eben NICHT auf eine LP
setzen, sondern eher mit der Anode auf ein Stück dünnes Kupferblech
löte, eine kleine Freifräsung in den Kühlkörper für den Kathodenanschluß
und dann die Diode mit ihrer Anode (via Blech zum Kontaktieren) und
Wärmeleit-Epoxidkleber (Fischer o.ä.) auf den Kühlkörper aufkleben. Die
Alternative wäre tatsächlich eine passende Alukern-Leiterplatte, die
ihrerseits vollflächig auf einen Kühlkörper geklebt wird.
Denk auch mal dran, daß LED schnell degradieren, wenn sie zu heiß
werden. Sieh also zu, daß die Temperatur des Gehäuses außen nicht über
die 50°C kommt. Sonst hast du nicht lange deine Freude an dem Teil.
W.S.
J. S. schrieb:> Und zwar zum Kühlpin, wo du gemessen hast war die Temperatur sicher um> einiges niedriger. Wenn du 700mA als Maximalstrom meinst, dann würdest> du da an der maximalen Chiptemperatur kratzen und ein Versagen wäre> vorprogrammiert.
500mA reichen mir schon aus, ich Steuer die LED mit einer PWM an. Bei
einem 75% Duty-Cycle, komme ich so langsam in mein Temperaturbereich der
kritisch ist.
J. S. schrieb:> Nicht umsonst kommen High Power LEDs auf Aluplatinen, wie es die> Vorredner schon gesagt haben. Man muss sich hier entscheiden, was man> haben will: Schlechte Kühlung oder Maximalleistung bzw. nahe dran.> Beides zusammen ist ein gewolltes Versagen.
auf einen Alukern will ich gerne verzichten, zudem ich für meine LED
kein „PCB-Star“ gefunden habe, mit dem zugehörigen Footprint der LED.
Ich möchte für meinen Zweck die Maximalleistung kaum ausreizen oder
selten betreiben. 75% Duty-Cycle reicht mir aus, dafür sollte der
Dauerbetrieb von 75% sicher sein, bezogen auf die Temperaturgeschichte.
J. S. schrieb:> Wo genau hast du die 92°C denn gemessen?
Um und innerhalb der LED. Ich habe eine Wärmebildkamera genutzt. Ich
habe eine Datei angehangen, wo ungefähr die Temperatur auftritt.
MaWin schrieb:> Da reicht die einseitige Hartpapierplatine nicht wenn man nur von unten> kühlt.> Ich würde auf die Lötpads der Platine zunächst dünne Kupferbleche löten,> dann die LED auf die Kupferbleche. So gross müssen die nicht sein,> insgesamt 3cm2 reicht locker, 0.25mm Dicke reicht locker.
Meine Idee sieht wie folgt aus (siehe Bild) neben der LED würde ich eine
Schraube platzieren, die unterhalb der Leiterkarte mit einem Alukörper
verbunden ist. Die Schraube so nah wie möglich am Gehäuse der LED. In
der Hoffung, dass die Wärme über die Schraube auf den Kühlkörper
gelangt.
Crazy H. schrieb:> Ich hab mir mal diese Platine hergestellt und jede LED muß bei 150mA> gekühlt werden. Hinter jeder LED befindet sich ein 3mm Loch und darin> ein ausgestanztes Aluplättchen (beidseitig, also mit LED und Kühlkörper> mit WLK verklebt). Funktioniert problemlos.> Achja das sind 4 Stränge mit je 12 LEDs in Reihe. Laut Hersteller 80lm> bei 150mA pro LED.
Hallo,
ist das Kühlpad nicht mit der Anode oder Kathode verbunden? Sind alle
LEDs parallel betrieben? In Serie hätten die Kühlpads dann ja
unterschiedliche Potentiale oder reicht der WLK zur Isolation aus?
Grüße
Sascha
W.S. schrieb:> Nimm also mal an, daß von den rechnerischen 2.15 Watt so etwa 30% als UV> rausgehen und der Rest als Verlustwärme abgeführt werden müssen. Also> über'n Daumen 1.4 Watt an Wärme weg müssen.
Laut Datenblatt hat die LED bei 500 mA eine Strahlungsleistung von 55
mW.
J. S. schrieb:> der Wirkungsgrad ist so schlecht...da kann man gleich mit der ganzen> Leistung als Heizleistung rechnen.
Sascha S. schrieb:> Hallo,> ist das Kühlpad nicht mit der Anode oder Kathode verbunden? Sind alle> LEDs parallel betrieben? In Serie hätten die Kühlpads dann ja> unterschiedliche Potentiale oder reicht der WLK zur Isolation aus?>> Grüße> Sascha
Das Kühlpad ist verbunden, spielt aber durch die beiden Verklebungen und
den eloxierten Kühlkörper keine Rolle. Aluminiumoxyd leitet keinen
Strom.
Es sind 12 LEDs in Reihe und 4 Stränge parallel.
Bei dieser LED ist die Kathode mit dem Kühlpad verbunden.
Crazy H. schrieb:> Sascha S. schrieb:>> Hallo,>> ist das Kühlpad nicht mit der Anode oder Kathode verbunden? Sind alle>> LEDs parallel betrieben? In Serie hätten die Kühlpads dann ja>> unterschiedliche Potentiale oder reicht der WLK zur Isolation aus?>>>> Grüße>> Sascha>> Das Kühlpad ist verbunden, spielt aber durch die beiden Verklebungen und> den eloxierten Kühlkörper keine Rolle. Aluminiumoxyd leitet keinen> Strom.> Es sind 12 LEDs in Reihe und 4 Stränge parallel.> Bei dieser LED ist die Kathode mit dem Kühlpad verbunden.
Danke für die Info!
Hatte mir etwas ähnliches überlegt und wollte die „Pins“ direkt an den
Kühlkörper fräsen. Daher Habe ich dann eine direkte Verbindung und einen
nicht eloxierten Kühlkörper. Man müsste die Pins mit einer Kaptonfolie
o.ä. Maskieren.
Im Endeffekt lande ich immer wieder bei einer Alu-Platine als
einfachstes und bestes Mittel.
Grüße
Sascha
Ich hab auch schon LEDs auf Hexagon-Platinen verbaut und diese auf einen
gemeinsamen Kühler geschraubt, da zumindest meine Platinen potentialfrei
waren.
Oliver F. (Gast)
>J. S. schrieb:>> Wo genau hast du die 92°C denn gemessen?>Um und innerhalb der LED. Ich habe eine Wärmebildkamera genutzt. Ich>habe eine Datei angehangen, wo ungefähr die Temperatur auftritt.
Innerhalb der LED hast Du mit Sicherheit nix gemessen. Alles, was eine
Wärmebildkamera oder IR-Thermometer sieht, ist die
Oberflächentemperatur. Wir können also davon ausgehen, daß der Chip im
Inneren bei über 100°C dahin brät.
W.S. schrieb:
> Nimm also mal an, daß von den rechnerischen 2.15 Watt so etwa 30% als UV> rausgehen und der Rest als Verlustwärme abgeführt werden müssen. Also> über'n Daumen 1.4 Watt an Wärme weg müssen.
Da das eine UV-LED ist, hat die auch einen grottenschlechten
Wirkungsgrad. Da kann man grob Pwärme=Pel ansetzen.
Für alle die das Datenblatt nicht gelesen haben: es sind 345 nm daher
auch der "schlechte" Wirkungsgrad.
Das mit den Schrauben im Kühlkörper würd ich vorher ausprobieren, ...
nicht das das dann doch leitet. Da reicht dann ein kleiner kratzer und
die isolation ist hin. was ggf auch beim Montieren / Anzhiehen der
Schrauben passieren kann. Auserdem willst du ja eine Termisch gute
verbindung.
Wobei da kommt mir grad ne saublöde Idea, ... Statt dem Kühlkörper eine
Plastik Platte. und dafür sher sehr lange Kupferschrauben. die stehen
dann als Kühltürme hinten aus der Plastik platte raus.
Vorausgesetzt das bischen Kupfer 35µm x x kann da genug Wärme
transportieren.
