Ich möchte eine für Dauerbetrieb nicht ausreichend gekühlte
Power-LED-Platine betreiben, und zwar als "Stroboskop". Es sollen
verschiedene Blitze abgegeben werden, wobei im Voraus keine festen
Leucht- und Pausenzeiten festgelegt sind.
Nun zur Problemstellung: Die LED-Chiptemperatur kann ich nicht direkt
messen. Ich habe aber die "Umgebungstemperatur" (im Gehäuse, auf der
Platine gemessen) zur Verfügung.
Nun meine Idee: Ähnlich wie beim Fensterheber-Steuergerät im Auto möchte
ich die Temperatur der LED berechnen und entsprechend der Temperatur vom
Controller entscheiden lassen, ob ein Blitz mit der angeforderten
Leuchtdauer möglich ist oder nicht.
Meine Idee:
1. Eine Variable enthält die Schätztemperatur. Übersteigt diese eine
gewisse Schwelle S_1, wird die Leistung reduziert. Übersteigt sie eine
weitere, etwas höhere Schwelle S_2, wird die LED nicht mehr angesteuert
bis die erste Schwelle wieder unterschritten ist.
2. Anhand der Umgebungstemperatur und einem praktisch zu ermittelnden
Rth zwischen Chip und Umgebung wird die Variable im Timer-Interrupt
heruntergezählt und so die Abkühlung erfasst.
3. Mit jeder Ansteuerung der PWM wird über Leistung und Leuchtdauer die
eingebrachte elektrische Leistung erfasst und als Verlustleistung
angenommen. Über die Wärmekapazität und die Umgebungstemperatur (?) wird
das ganze in eine Temperaturerhöhung umgerechnet und die Variable
entsprechend erhöht.
Kann man das so machen? Hat jemand damit Erfahrung?
Ich habe Power-LEDs mit integriertem Temperatursensor.
Daneben befinden sich noch andere, auch auf der Platine.
Der Anstieg auf der LED selber ist so stark, dass diese schon
durchbrennen würde, wenn auf der Platine nur 1-2 Grad mehr gemessen
wird.
Innerhalb einer halben Minute ist die Temperatur in der LED dann schon
auf >80 Grad angestiegen. Draussen merkt man kaum etwas.
Ich würde solche Schätzungen mit meinen Erfahrungen nicht machen,
sondern auf geeignete Exemplare umsteigen.
Lothar schrieb:> Die LED-Chiptemperatur kann ich nicht direkt> messen.
Aber indirekt ermitteln.
Lass in den Blitz-Pausen einen sehr geringen Strom fließen und ermittele
so die Flußspannung. Sie ist abhängig von der Chiptemperatur; leider
auch von anderen Einflüssen z.B. Alterung.
@PittyJ: Du hast schon gelesen, dass ich gerade NICHT von der externen
Temperatur auf die Chip-Temperatur schließen möchte? Ich möchte
stattdessen ein thermisches Modell der LED mitführen und zu- und
abfließende Energie berücksichtigen.
Lothar schrieb:> dass ich gerade NICHT von der externen> Temperatur auf die Chip-Temperatur schließen möchte? Ich möchte> stattdessen ein thermisches Modell der LED mitführen und zu- und> abfließende Energie berücksichtigen.
Die abfliessende Energie ist aber sehr abhängig von der
Umgebungstemperatur - deine Aussage widerspricht sich selbst.
Georg
Lothar schrieb:> @PittyJ: Du hast schon gelesen, dass ich gerade NICHT von der externen> Temperatur auf die Chip-Temperatur schließen möchte? Ich möchte> stattdessen ein thermisches Modell der LED mitführen und zu- und> abfließende Energie berücksichtigen.
Ja, hatte ich gelesen. Und ich wollte dir davon abraten.
Die Dinger werden so schnell brutzelig heiss, dass eine
Überschlagsrechnung da gar nicht an die Realität kommen kann.
Irgendwelche Umgebungstemperature messen, dann die Ströme messen, und
dann irgendwie berechnen, was gehen könnte? Das kann nicht sicher sein.
Dazu muss dann noch die Kapazität des Kühlkorpers,
Wärmeübergangs-Geschichten, Luftstrom etc mit berücksichtigt werden...
Soviel Aufwand, der mit der passender LED (mit Sensor) sicher und
einfach gelöst werden kann.
z.B. bei Luminus gibt es entsprechende LEDs.
http://www.luminus.com/products/CBT-90.html
Auf diese Sicherheit möchte ich in meinen Anwendungen nicht verzichten.
Es ist viel zu teuer, bei Kunden durchgebrannte LEDs zu wechseln.
Lothar schrieb:> Nun meine Idee: Ähnlich wie beim Fensterheber-Steuergerät im Auto möchte> ich die Temperatur der LED berechnen und entsprechend der Temperatur vom> Controller entscheiden lassen, ob ein Blitz mit der angeforderten> Leuchtdauer möglich ist oder nicht.
Was macht denn das Fensterheben-Steuergerät?
Bei Motorsteuerungen ist Sowas üblich, nennt sich dort I²t Begrenzung,
man nimmt das Quadrat des Stroms, geht über eine Zeitkonstante, und
schaltet ab, wenn dieser Wert die Schwelle überschreitet. Bei der
Power-LED sehe ich das Problem, die richtig zu modellieren, da liegen
viele thermische Kapazitäten, und thermische Widerstände hintereinander,
und die erste thermische Kapzität, der Chip, ist auch noch die kleinste
davon, aber die, die kritisch ist. Da sind die Zeitkonstanten sehr
klein, die, leicht zu messende, Temperatur des Kühlkörpers kann man da
schon fast als konstant ansehen.
Mit freundlichem Gruß - Martin
Hallo,
ich habe, wärend der Hausarbeit, noch ein bisschen nachgedacht.
Sind die Blitze kürzer als die thermische Zeitkonstante, wenn ja, könnte
man auch einfach von dem Fall ausgehen, daß die ganze Wärme zuerst im
Chip bleibt, bevor sie sich ausbreitet. Wenn man die Wärmekapazität
kennt, und die Anfangs-Temperatur, kann man die Energiemenge ausrechnen,
mit der man an die maximale Temperatur kommt. Dann kennt man auch die
maximale Energie für den Blitz. Ein Teil der zugeführten elekrischen
Energie wird als Licht abgestrahlt.
Wie lang sind die Pausen? Länger als die Zeitkonstante, dann hat der
LED-Chip wieder annähernd die gleiche Temperatur wie der Kühlkörper.
Blitzt Du mit Konstantstrom? Wenn ja, kann das mit dem messen der
Flußspannung gut funktionieren, da misst man ja sogar die
Sperrschichttemperatur, näher kommt man mit keinem anderen Messverfahren
an den interessanten Punkt ran.
Die Wärmekapazität des LED-Chips kann man, wenn man sie sonst nirgenswo
nachlesen, oder berechnen kann, vielleicht durch Versuche ermitteln:
Temperatuemessung über die Spannung bei kleinem Strom, sehr kurzer Blitz
mit bekannter Energie, sofort danach wieder Temperaturmessung.
Wenn Du an die Grenze gehen möchtest, bleibt es Dir nicht erspart, für
Versuche, ein paar LEDs zu zerstören. Ich hoffe, es sind keine
handgefertigten Unikate, sondern Massenware, da sollte der Verlust zu
verschmerzen sein.
Muß es eine High-Power LED sein, die dürfen meistens eh nur bis zum
2-fachen Nennstrom gepulst werden. Mit Midpower- oder gar Lowpower-LEDs
kommst Du vielleicht weiter, da gibt es welche, die bis zum 10-fachen
Nennstrom gepulst werden können, selbst normale 5mm LEDs gehen da oft
bis 100mA oder gar 120mA. Da kann ein Cluster von 25-30 Stück so manche
High-Power LED überbieten, beim Blitzen.
Mit freundlichem Gruß - Martin
