Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik "Weiße" Power LEDs , Wärmeentwicklung


von Hanns-Jürgen M. (yogy)


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Ich "spiele" momentan mit einem warmweißen 10 W Power-LED Scheinwerfer, 
den ich zerlegen und in einen Deckfluter einbauen möchte.

Bekanntlich ist die Wärmeabfuhr das Hauptproblem. Der vorhandene 
Kühlkörper ist ausreichend bemessen, er, und auch die Matallplatte der 
LED, werden nicht wärmer als 40 Grad C (bei T-Umgebung 20 Grad). Soweit 
alles okay.

Ich habe nun aber festgestellt (Fingertest), daß der "Filter", also der 
passive "Umwandler" von blauem in weißem Licht, ziemlich heiß wird. 
Schon nach einigen Sekunden ist er für den Finger zu heiß. Nach dem 
Ausschalten wird er aber auch schnell wieder "kalt".

Hat davon jemad "Ahnung"? Wird der "Umwandler" als solches warm oder ist 
es doch der LED-Halbleiter? Falls Ersteres zutrifft wäre es doch 
sinnvoll, den "ZÚmwandler" etwas entfernt von der LED zu montierern, 
oder?

von oszi40 (Gast)


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Dein "Umwandler" heißt wahrscheinlich UV-Filter? Dieses Glas zu 
entfernen scheint mir weniger klug, da sich der Hersteller bestimmt was 
dabei gedacht hat.

Lies nochmals die genaue Bescheibung Deiner Lampen durch! Je nach 
Verspieglung gibt es welche mit Abstrahlung nach unten und welche 
speziell für den Deckeneinbau. Bei Osr*m fand ich da z.B. vor einiger 
Zeit einige Hinweise dazu.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Hanns-Jürgen "Yogy" Mostert schrieb:
> Ich habe nun aber festgestellt (Fingertest), daß der "Filter", also der
> passive "Umwandler" von blauem in weißem Licht, ziemlich heiß wird.
> Schon nach einigen Sekunden ist er für den Finger zu heiß. Nach dem
> Ausschalten wird er aber auch schnell wieder "kalt".

Der "Umwandler" ist ein Leuchtstoff, der sich ziemlich direkt auf dem 
LED-Chip befindet. Darüber ist dann noch eine Verkappung aus i.d.R. 
Silikongummi. Und erst die kannst du überhaupt anfassen.

Ein Gutteil der Wärme, die du so mit dem Finger detektierst, ist aber 
auch Strahlung. Über die Oberflächentemperatur der Verkappung sagt deine 
"Messung" recht wenig aus. Überdies ist die Wärmeleitung durch Chip, 
Chipträger und Alukern-Platine deutlich besser als durch den 
Silikongummi. Die Kühlung des Chips findet also praktisch komplett über 
die Rückseite statt.

> Hat davon jemad "Ahnung"? Wird der "Umwandler" als solches warm oder ist
> es doch der LED-Halbleiter?

Der Leuchtstoff wird sicher auch warm, er muß ja die Energiedifferenz 
zwischen den ankommenden "blauen" und den ausgesendeten "gelben" etc. 
Photonen loswerden. Der Hauptanteil der Wärme entsteht aber im 
LED-Kristall selber.


XL

von Peter II (Gast)


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Axel Schwenke schrieb:
> Darüber ist dann noch eine Verkappung aus i.d.R.
> Silikongummi. Und erst die kannst du überhaupt anfassen.

es gibt auch LEDs wie:

http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Chip-On-Board-LEDs/Bridgelux-LED-Array-BXRA-50C1100-weiss-1300lm.html

da ist nichts mit Silikon.


@Hanns-Jürgen "Yogy" Mostert (yogy)

hast du mal ein Bild von der LED?

von Hanns-Jürgen M. (yogy)


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Danke für eure schnellen Antworten und die Infos.

"Meine" LED hat einen "gleben" Silikondeckel. Ob dieser die Umwandlung 
selber vornimmt oder nicht, keine Ahnung.

Strahlungswäre: Wenn ich den Finger 1..2 cm vor das Silikon halte und 
die Lampe einschalte, spüre ich (quasi) keine Wärmestahlung. Sobald aber 
der "Umwandler" oder das Silikon heiß wird, spüre ich vmtl. dessen 
Wärmestrahlung.

Klar ist mir, daß die Hauptverlustwärme über die Rückseite abgegeben 
wird. Ich denke nur, daß eine Erwärmung des Silikons vorne (ich muß mal 
die Temp messen...) dem Wärmehaushalt und damit der LED Lebensdauer eher 
nicht förderlich ist. Ich hoffe mal, die LED-Entwickler haben das alles 
berücksichtigt. ..

Ach ja, das "Ding" ist ein No-Name China-Teil. Ich weiß, das ist 
"Baaah"...

von Ugatschaka (Gast)


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>"Meine" LED hat einen "gleben" Silikondeckel.

Der "glebe" "Silikondeckel" ist natürlich kein Silikon sondern ein 
Leuchtstoff, üblicherweise Cer-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat.

von maschbauer (Gast)


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Ugatschaka schrieb:
> "Meine" LED hat einen "gleben" Silikondeckel.
>
> Der "glebe" "Silikondeckel" ist natürlich kein Silikon sondern ein
> Leuchtstoff, üblicherweise Cer-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat.

Es dürfte wohl in Silikon gebetteter Leuchtstoff sein.
Hälst du den Finger drauf, muss alle Energie über deinen Finger 
abgegeben werden. in zwei Zentimeter Abstand wird ein grossteil der 
Energie schon wegreflektiert. Mach einen Temperatursensor bei normalem 
Betrieb ins Silikon, und du wirst sehen, da wird nix heiss.

von hinz (Gast)


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Hanns-Jürgen "Yogy" Mostert schrieb:
> Wird der "Umwandler" als solches warm

Ja, und das geht auch gar nicht anders.


> oder ist es doch der LED-Halbleiter?

Auch.

von Hanns-Jürgen M. (yogy)


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So, mal mal mit Thermoelement-"Schätzeisen" gemessen. Nach knapp 2 
Minuten ist die Silikonoberfläche je nach Meßpunkt 70..90 Grad C heiß. 
Nach Abschalten ist sie nach ein paar Sekunden wieder auf Raum-Temp...

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Peter II schrieb:
> Axel Schwenke schrieb:
>> Darüber ist dann noch eine Verkappung aus i.d.R.
>> Silikongummi. Und erst die kannst du überhaupt anfassen.
>
> es gibt auch LEDs wie:
> 
http://www.leds.de/High-Power-LEDs/Chip-On-Board-LEDs/Bridgelux-LED-Array-BXRA-50C1100-weiss-1300lm.html
> da ist nichts mit Silikon.

Dann eben Epoxidharz. Jacke wie Hose.

Hanns-Jürgen "Yogy" Mostert schrieb:
> "Meine" LED hat einen "gleben" Silikondeckel. Ob dieser die Umwandlung
> selber vornimmt oder nicht, keine Ahnung.

Sieht auch eher wie Epoxidharz aus. Außerdem bildet der Leuchtstoff 
keine eigenständige Schicht, sondern ist in die Vergußmasse gemischt.


XL

von Helge A. (besupreme)


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Nimm mal dein Schätzeisen und miß die Temperatur von dem Aluträger, auf 
dem die LEDs montiert sind, im Verhältnis zur Gehäusetemperatur. Die 
Lackschicht deines Gehäuses dürfte kein allzu guter Wärmeleiter sein. 
Ich hatte hier eine ähnliche Konstruktion, die nur durch Planfräsen 
unterhalb der LED stabile Funktion hatte.

von Karl O. (knorke)


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Das sind die gleichen LEDs, die auch Reichelt verkauft. Sie haben in der 
Tat einen Silikonverguss mit eingebettetem Leuchtstoff.
Und das mit der heißen Frontseite wird explizit so vom Hersteller 
angegeben! Auf den Orginalverpackungen steht extra drauf, dass man die 
Front aufgrund Verbrennungsgefahr nicht berühren soll.
Die Wärme aber, die Du fühlst kommt aus drei Quellen:

1. Echte LED-Chip Temperatur durchs Silikon
2. Wärme durch Umwandlungsverluste nur im Leuchtstoff
3. Wärme der Strahlung in Deinem Finger.

20% der elektrischen Leistung werden als Licht abgegeben. Dein Finger 
nimmt die auf, wandelt die - unter ordentlichen Blaulicht-induzierten 
Zellschäden - in Wärme um. Die kommt nicht weg und Dein Finger wird 
wärmer und wärmer. Genauso das Thermoelement, was ebenfalls absorbiert. 
Für eine sinnvolle Messung empfiehlt sich ein IR-Thermometer, besser 
eine Wärmebildkamera. Aber Emissionsfaktor beachten.

Kurz: was Du beobachtest ist völlig normal und eine Mischung aus 
normalem LED-Verhalten und Messfehler.

von Karl O. (knorke)


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>Planfräsen unterhalb der LED stabile Funktion hatte.

Klingt etwas seltsam. Was leitet Wärme denn besser als das Alu, was da 
vorher war?

von Helge A. (besupreme)


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Karl Otto schrieb:
> Klingt etwas seltsam.

Eine krumme lackierte Alufläche mit viel "Matsche" zwischen chip und 
Gehäuse ist keine gute thermische Kopplung ;) Solche "Technologie" 
treffe ich in LED-Lampen leider häufiger an :/

von Soul E. (Gast)


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Axel Schwenke schrieb:

>> da ist nichts mit Silikon.
>
> Dann eben Epoxidharz. Jacke wie Hose.

Je nach Hersteller. Silikon geht über einen größeren Temperaturbereich, 
aber altert stärker.


> Sieht auch eher wie Epoxidharz aus. Außerdem bildet der Leuchtstoff
> keine eigenständige Schicht, sondern ist in die Vergußmasse gemischt.

Philips Lumileds ("Luxeon Rebel") hat ein Patent, den Leuchtstoff als 
Folie auf den Chip aufzubringen. Damit schaffen die sehr geringe 
Farbort-Toleranzen. Die anderen mischen den Phosphor in die Vergussmasse 
und selektieren anschließend.

von Soul E. (Gast)


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Wärmeleitpaste soll die Poren im Metall schließen. Wenn die Schicht so 
dick ist, dass es am Rand rausläuft, dann stimmt was nicht. Ein 
Bergquist GapPad wäre dann vielleicht die bessere Wahl.

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