Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Überhitzungsschutz für LED realisieren


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von batman (Gast)


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Hallole,
ich muß eine LED, so in der Art um 3-10W auf 20mm-Star, unter sehr engen 
Platzbedingungen verbauen und suche einen einfachen Weg, die Temperatur 
zu messen und die LED auch automatisch abzuschalten, wenn die Kühlung 
nicht reichen sollte.
1. Idee war mit Sensor wie LM35, Komparator, TL431, Mosfet zum Trennen. 
Werden schon ein paar Teile
2. Ansatz einfach gleich die LED-Spannung am Komparator auswerten. Ist 
ja bekanntlich auch schon "etwas" temperaturabhängig.
3. ???
Wie macht ihr das?

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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batman schrieb:
> Wie macht ihr das?
Gar nicht. Oder eher: gleich von vorn herein ausreichend kühlen...
BTW: wenn man die LED bei Übertemperatur einfach abschalten kann, wofür 
könnte die dann gut sein?

> Wie macht ihr das?
Es kommt darauf an, wie die restliche Schaltung aussieht, und wo man 
angreifen kann und darf...

: Bearbeitet durch Moderator
von Paddy (Gast)


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PTC ?
http://nl.mouser.com/new/EPCOS/epcosPTCSMDthermistor/

Oder wie du schon gesagt hast option (2). Steht da etwas von im 
datasheet von LED ?

von MaWin (Gast)


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Da übertemperaturgeschützte MOSFETs erst bei 200 GradC abschalten, 
braucht man wohl mindestens 2 Bauteile, eher 4.

Ein TMP709 lässt sich per externem Widerstand einstellen und schaltet 
direkt den MOSFET der die LED abklemmt.

Ein MAX6514 wird im EEPROM programmiert, braucht einen Widerstand als 
pull up für den MOSFET.

Ein TL431 kann einen NTC als Spannungsteiler an Ref bekommen, um einen 
MOSFET einzuschalten, wenn die Temperatur zu hoch wird, aber benötigt 
dazu eine stabile Versorgungsspannung.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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von Wolfgang (Gast)


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batman schrieb:
> ... die Temperatur zu messen und die LED auch automatisch abzuschalten,
> wenn die Kühlung nicht reichen sollte.

Wenn Licht nicht so wichtig ist: Gleich ausgeschaltet lassen ;-)

Praktischer wäre es wohl, die Leuchte etwas zu dimmen, wenn es mit der 
Temperatur eng wird.

von wartemal (Gast)


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Nach Möglichkeit kaltes Licht einschalten!
Wer von vorne herein weiss, dass er Murx baut,dem ist nicht zu helfen.
Kannst ja ein Blinklicht aus der Sache machen .. manche finden das gut
und die Überhitzung bleibt vielleicht sogar aus.

Ueberdenke die Sache und sei kreativ!
Geld für gewollte Überhitzung ausgeben
das hört sich nicht sehr Teutonisch an!

Es gibt immer Alternativen!

von Harald W. (wilhelms)


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Lothar Miller schrieb:

>> Wie macht ihr das?
> Gar nicht. Oder eher: gleich von vorn herein ausreichend kühlen...
> BTW: wenn man die LED bei Übertemperatur einfach abschalten kann, wofür
> könnte die dann gut sein?
>
>> Wie macht ihr das?

Ich bin am überlegen, die unterm Küchenoberschrank angeschraubten
Halogenlampen auf LED umzurüsten. Eine vernünftige Kühlung ist bei
diesen Leuchten nicht möglich. Die werden normalerweise nur kurz 
eingeschaltet, wenn man irgendwas aus der Küche holen will. Wenn
man das ausschalten vergisst, würden sie vermutlich zu heiss. Dort
habe ich auch schon überlegt, ob man da eine wärmegesteuerte Rege-
lung einbaut.

von wartemal (Gast)


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Timer genuegt.

von Kai K. (klaas)


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>Wie macht ihr das?

Wärmeabfuhr mit einer "heat pipe".

: Bearbeitet durch User
von batman (Gast)


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Danke für die zahlreichen Teile-Tipps, Leute, die habe ich gesucht. Die 
meisten Einfachlösungen werden dann also mehr oder weniger die Funktion 
eines Thermostats realisieren, was für die Absicherung in der 
Bastelphase auch völlig ok ist. Die Temperatur werde ich ja auch messen 
und am Ende alles auf stabile Leistung dimensionieren - so daß die 
Schutzschaltung im Normalbetrieb inaktiv bleibt.

Aber mal rein hypothetisch, man hätte dann einen AVR zur Steuerung 
dahinter, und der hätte idealerweise auch einen ADC mit differentiellen 
Eingängen, könnte man dann meinem 2. Ansatz folgend hier das Verhältnis 
von Strom und Spannung der LED auswerten und auf einen 
Temperaturschwellenwert prüfen, um bei Überhitzung die LED zu trennen?

von MaWin (Gast)


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batman schrieb:
> könnte man dann meinem 2. Ansatz folgend hier das Verhältnis
> von Strom und Spannung der LED auswerten und auf einen
> Temperaturschwellenwert prüfen, um bei Überhitzung die LED zu trennen?

Theoretisch.
Du müsstest erst mal ermitteln, welche Spannung DEINE LED bei der 
Temperatur nahe der Überhitzung und dem gegebenen Strom hat.

Diese eine Exemplar der LED bleibt dann schon reproduzierbar bei dieser 
Spannung wenn es so heiss ist.

von statementer (Gast)


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Inwiefern soll ein PTC helfen?
Die Wärme wird ja nach wie vor im Gehäuse verbraten, nur halt nicht mehr 
in der LED, sondern im PTC.

von n.b. (Gast)


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statementer schrieb:
> Die Wärme wird ja nach wie vor im Gehäuse verbraten, nur halt nicht mehr
> in der LED, sondern im PTC.

Rate mal, warum der PTC "PTC" heißt. Und dann rechne dir aus, was mit 
der Gesamtleistung passiert, wenn bei konstanter Spannung der 
Gesamtwiderstand einer Serieschaltung steigt?

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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n.b. schrieb:
> Rate mal, warum der PTC "PTC" heißt. Und dann rechne dir aus, was mit
> der Gesamtleistung passiert, wenn bei konstanter Spannung der
> Gesamtwiderstand einer Serieschaltung steigt?
Ganz dumm gelaufen wäre es, wenn eine Konstantstromquelle (aka. 
LED-Netzteil) dann noch versucht den Strom konstant zu halten...  :-o

> Und dann rechne dir aus, was mit
> der Gesamtleistung passiert, wenn bei konstanter Spannung der
> Gesamtwiderstand einer Serieschaltung steigt?
Ganz so einfach ist es nicht, denn wegen des steigenden Widerstands wird 
die Gesamtleistung auch wieder fallen. Und weil PTCs eine recht scharfe 
Kennlinie haben, wird dann die LED nicht abgeschaltet, sondern 
konstant auf Temperatur gehalten...
Siehe auch diesen fast 10 Jahre alten Artikel:
http://de.tdk.eu/tdk-de/190976/tech-library/artikel/applications---cases/applications---cases/hitzetod-ausgeschlossen/190076

: Bearbeitet durch Moderator
von WehOhWeh (Gast)


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die Idee mit der Spannungsmessung an den LED ist interessant!

Die LED haben einen bekannten, im Datenblatt angegebenen 
Temperaturkoeffizienten. Schön ist hier, dass der LED-Strom tatsächlich 
konstant und unabhängig von der Temperatur sein wird - bei einem 
LED-Treiber wie dem LM3402 wäre das z.B. so. Die übliche Serienschaltung 
der LED hilft auch noch mit, weil sich die Spannungen addieren.

Bei einer typischen roten LED ist der Temperaturkoeffiient 
beispielsweise -2,2mV/K:
http://www.osram-os.com/Graphics/XPic1/00146398_0.pdf/LS%20M67K%20-%20Mini%20TOPLED.pdf
Jedenfalls bekannt ist er.

Praktisch wird es relativ kompliziert und ungenau werden. Man wird 
zuverlässig nur Temperatudifferenzen messen können. Die Schaltung muss 
man daher kalibrieren.

Eine relative ungenaue Abschaltung bei z.B. 125°C +-30°C oder so sollte 
aber zu schaffen sein.

Ich würde das wie folgt probieren:
- Vorwärtsspannung bei bekannter Temperatur messen
- Auf den Wert die Temperaturdifferenz aufschlagen, das wären bei 100° 
und der roten LED z.B. -220mV/LED
Dazu kann man die Spannung am ganzen LED-Strang messen. ein Tiefpass mit 
einer Grenzfrequenz von z.B. 10Hz oder darunter ist hilfreich gegen 
Störungen durchdie PWM, die Temperatur ändert sich eh nie so schnell.

Abschalten kann man mittels µController oder Komparator.

Ich habe den TK schon zum Abschätzen der Sperrschichttemperaturen von 
Transistoren verwendet - UBE bei konstantem Ib. Generell gehts.

von Harald W. (wilhelms)


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MaWin schrieb:

> Theoretisch.
> Du müsstest erst mal ermitteln, welche Spannung DEINE LED bei der
> Temperatur nahe der Überhitzung und dem gegebenen Strom hat.

Die -1,7mV/K gelten m.W. für alle Dioden, sodas man den kritischen
Wert auch errechnen kann. Allerdings stört der zusätzliche Bahn-
widerstand, sodas man die Durchlassspannung wohl eher in den
Pausen einer PWM mit kleinem Strom misst.

von batman (Gast)


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WehOhWeh schrieb:
> Praktisch wird es relativ kompliziert und ungenau werden. Man wird
> zuverlässig nur Temperatudifferenzen messen können. Die Schaltung muss
> man daher kalibrieren.
>
> Eine relative ungenaue Abschaltung bei z.B. 125°C +-30°C oder so sollte
> aber zu schaffen sein.

Ja, auf der anderen Seite hat man die absolut direkte Kopplung des 
Meßwertes zum Parameter, wogegen ein noch so genauer externer 
Thermofühler hier Abweichungen und Verzögerungen prodzuieren muß.

von M. K. (sylaina)


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MaWin schrieb:
> Theoretisch.
> Du müsstest erst mal ermitteln, welche Spannung DEINE LED bei der
> Temperatur nahe der Überhitzung und dem gegebenen Strom hat.
>
> Diese eine Exemplar der LED bleibt dann schon reproduzierbar bei dieser
> Spannung wenn es so heiss ist.

Das würde ich auch so machen. Je nachdem wie wichtig die Temperatur ist 
kann man das auch für eine ganze Serie machen. Diode sind generell 
relativ gute Temperatursensoren.
Konstanten Strom einprägen in die LED und den Spannungsfall über ihr 
messen. Die Diodenkurve einer Si-Diode wandert mit rund 2 mV/K.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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WehOhWeh schrieb:
> Man wird zuverlässig nur Temperatudifferenzen messen können. Die
> Schaltung muss man daher kalibrieren.
Und vor Allem: die Vorwärtsspannung ist wesentlich mehr stromabhängig 
als temperaturabhängig. Man müsste also zum Messen immer einen 
definierten und stabilen Konstantstrom auf die LED schalten. Denn 
sonst kann es durchaus sien, dass durch die Erwärmung die Uf sinken 
würde, deshalb der (nur durch einen Vorwiderstand erzeugte) Strom steigt 
und die Uf wieder anhebt...

: Bearbeitet durch Moderator
von WehOhWeh (Gast)


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Lothar Miller schrieb:
> Und vor Allem: die Vorwärtsspannung ist wesentlich mehr stromabhängig
> als temperaturabhängig. Man müsste also zum Messen immer einen
> definierten und stabilen Konstantstrom auf die LED schalten. Denn
> sonst kann es durchaus sien, dass durch die Erwärmung die Uf sinken
> würde, deshalb der (nur durch einen Vorwiderstand erzeugte) Strom steigt
> und die Uf wieder anhebt...

Ja, allerdings ist diese Voraussetzung ja oft gegeben, weil man ja gerne 
Stromquellen nimmt für LEDs. Zumindest dann, wenn man z.b. einen 
LED-Treiber wie den LM3402 verwendet.

Dessen Strom hängt nur gering von der Temperatur ab, weil er über den 
Feedbackwiderstand festgelegt ist. Ob der Strom ausreichend glatt ist, 
müsste man testen.

Da man wegen der hohen thermischen Zeitkonstante gut filtern kann, 
könnte das schon funktionieren.

von Rufus Τ. F. (rufus) (Moderator) Benutzerseite


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Harald Wilhelms schrieb:
> Ich bin am überlegen, die unterm Küchenoberschrank angeschraubten
> Halogenlampen auf LED umzurüsten. Eine vernünftige Kühlung ist bei
> diesen Leuchten nicht möglich.

Dann ersetz die Leuchten durch was sinnvolles. Die ca. 5 Watt Abwärme, 
die bei einer für diese Anwendung ausreichend hellen LED entstehen, 
lassen sich problemlos mit einem gar nicht mal so riesigen Kühlkörper 
entsorgen.

Die vorhandenen Leuchten enthalten vermutlich einen Reflektor, der kann 
entfernt werden, da LEDs eh gerichtetes Licht abgeben. Und dann sollte 
auch im Gehäuse einer Leuchte, in der vorher eine 20W-Halogenlampe 
werkelte, ausreichend Platz für o.g. Kühlkörper sein.

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