Moin,
nach längerem Überlegen frage ich doch mal. Ich habe mir Leistungs-LED
bestellt, nach der Diskussion:
Beitrag "Bezugsquelle für RGB-LED mit etwa 0,5 W"
Es handelt sich um die Cree MC-E Color. Das Datenblatt ist
http://www.cree.com/~/media/Files/Cree/LED-Components-and-Modules/XLamp/Data-and-Binning/XLampMCE.pdf
Eigentlich wollte ich LED mit weniger Leistung, aber die habe ich nicht
gefunden und wenn ich jetzt schon Leistungs-LED habe, möchte ich die
auch ausnutzen :-)
Dazu habe ich erstmal eine Frage (die ich schonmal gestellt habe, die
mir aber noch nicht beantwortet wurde): Im Datenblatt ist
Thermal Resistance, junction to solder point 4 °C/W
angegeben. Bezieht sich das auf auf eine 'Junction' oder alle zusammen
(RGBW)? Wenn ich alle bei maximaler Leistung betreibe, haben die
zusammen fast 10 W, aber jede einzelne hat nur durchschnittlich etwa 2,5
W. Mit welcher Leistung muss man rechnen?
Was meint ihr zur Kühlung? Es sollen vier oder fünf LED gleichzeitig auf
getrennten Platinen betrieben werden. Ich habe mir Gedanken gemacht und
habe drei Ideen.
Aluleiterplatten mit Kühlkörper: Der Kühlkörper sollte nicht zu groß
sein, weil die Platine leicht sein sollte (beweglich für ein
Effektlicht). Die Kühlkörper mit etwa 2 K/W wiegen ab 140 g und sind mir
zu groß. Bei kleineren Kühlkörpern steigt die Temperatur aber zu stark.
Außerdem sind die Platinen nur einseitig.
Normale Leiterplatten mit Wasserkühlung: Unter der LED wird eine Öffnung
ausgefräst, durch die die LED direkt mit Wasser (mit Korrosionsschutz)
gekühlt werden kann. Mit 150 ml/min kann man den Temperaturanstieg auf 5
K bei maximaler Leistung begrenzen. (Das Wasser erwärmt sich bei einem
Durchlauf um diese Temperatur).
Allerdings passen Wasser und Elektronik eben nicht so gut zusammen und
die Schläuche schränken die Beweglichkeit ein.
Normale Leiterplatten mit Luftkühlung: Die Platine hat wieder eine
Ausfräsung unter der LED. Ein kleiner Kompressor bläst Luft durch
Schläuche, die auf die Kühlfläche gerichtet sind. Allerdings müsste da
wohl einiges an Luft durch, was laut ist und ich hätte trotzdem wieder
Schläuche an der Platine, also kaum einen Vorteil zur Wasserkühlung.
Was meint ihr? Habt ihr andere Vorschläge? Es geht um ein einzelnes
Hobbyprojekt, also muss es nicht Massen- und DAU-tauglich sein.
Danke zumindest schonmal für's Lesen. ;-)
butsu schrieb:> wie willst du die Wärme vom Wasser abführen?
Über einen Wärmetauscher an die Luft. Der muss nicht mitbewegt werden
und könnte deshalb größer sein.
Dussel schrieb:> ... und wenn ich jetzt schon Leistungs-LED habe, möchte ich die> auch ausnutzen
Genau das ist das Problem. Du tust dich leichter mit der Kühlung, wenn
du die Leistung der LED genau nicht ausreizt.
Wolfgang schrieb:> Du tust dich leichter mit der Kühlung, wenn du die Leistung> der LED genau nicht ausreizt.
Ich tue mich noch leichter, wenn ich die LED gar nicht benutze. ;-)
Ich möchte die volle Leistung nutzen können und anscheinend muss das ja
auch möglich sein, sonst würde ja niemand die LED kaufen.
Ich denke, dass die Wasserkühlung funktionieren sollte, aber ich wollte
halt nochmal nachfragen, ob man das nicht doch einfacher haben kann.
Wenn du einen Trick für gleiche Helligkeit bei geringerer
Verlustleistung kennst, nehme ich den natürlich auch gerne an. ;-)
Um die LED nicht zu opfern: Besorg' Dir einen Leistungswiderstand mit
(mindestens) der gleichen Leistung und bau den auf Deine
Wasserkühlungskonstruktion. Wenn Du ihn mit einem geeigneten Netzteil
beheizt, kannst Du beobachten, wie sich die Temperatur Deines
Kühlkörpers und auch die Oberflächentemperatur des Widerstandes
verändern.
Das ist vielleicht doch etwas günstiger als eine Leistungs-LED, vor
allem kann man auch ohne Schweißerbrille draufgucken.
Rufus Τ. F. schrieb:> Das ist vielleicht doch etwas günstiger als eine Leistungs-LED
Die hat 2,80€ gekostet.
Rufus Τ. F. schrieb:> vor allem kann man auch ohne Schweißerbrille draufgucken.
Die ist tatsächlich extrem hell. Selbst eine Farbe mit 50 mA war schon
erstaunlich hell.
Meinst du, dass das mit der Kühlung nicht funktionieren wird oder soll
ich es nur einfach mal ausprobieren. Theoretisch müsste die Temperatur
der Kühlfläche der LED doch nahe der Wassertemperatur sein, oder?
Hallo,
> Dussel schrieb:> Aluleiterplatten mit Kühlkörper: Der Kühlkörper sollte nicht zu groß> sein, weil die Platine leicht sein sollte (beweglich für ein> Effektlicht). Die Kühlkörper mit etwa 2 K/W wiegen ab 140 g und sind mir> zu groß. Bei kleineren Kühlkörpern steigt die Temperatur aber zu stark.> Außerdem sind die Platinen nur einseitig.
Kühökörper ist natürlich die einfachste Lösung.
Je nach Einsatzfall kann man die Kühlfläche optimieren.
Für LED, die im Dauerbetrieb sehr lange leuchten sollen, sollte man die
kühlung eher großzügig dimensionieren.
Bei eher kurzzeitigem Betrieb wäree es auch akzeptabel, wenn die LED
heißer werden.
Bei Kühlung mit Zwangskonvektion (Lüfter) kann man die Kühlfläche
kleiner machen und die Kühlrippen enger gestalten.
> Normale Leiterplatten mit Wasserkühlung: Unter der LED wird eine Öffnung> ausgefräst, durch die die LED direkt mit Wasser (mit Korrosionsschutz)> gekühlt werden kann. Mit 150 ml/min kann man den Temperaturanstieg auf 5> K bei maximaler Leistung begrenzen. (Das Wasser erwärmt sich bei einem> Durchlauf um diese Temperatur).
Es gibt LPL mit Kühlwasserkanälen, aber die Technik ist aufwendig und
nicht so einfach umsusetzen, die du das schreibst.
> Allerdings passen Wasser und Elektronik eben nicht so gut zusammen und> die Schläuche schränken die Beweglichkeit ein.
Wird so einfach auch nicht funktionieren. Wenn, dann eher mit solchen
Teilen.
http://www.aquatuning.de/wasserkuehlung/mb-kuehler/mb-universalkuehler/16299/alphacool-hf-14-smart-motion-universal-nickel-edition
Aber bei 10W lohnt das alles nicht wirklich, zumal LED rel. hohe Temp.
ertragen können
> Normale Leiterplatten mit Luftkühlung: Die Platine hat wieder eine> Ausfräsung unter der LED. Ein kleiner Kompressor bläst Luft durch> Schläuche, die auf die Kühlfläche gerichtet sind.
Das wird so überhaupt nicht funktionieren. Die aktive Fläche ist viel zu
klein, auch bei Druckluftkühlung
> Was meint ihr?
Kombination Kühlkörper-Lüfter, wenn es leicht und kompakt sein soll.
Gruß Öletronika
U. M. schrieb:> Es gibt LPL mit Kühlwasserkanälen, aber die Technik ist aufwendig und> nicht so einfach umsusetzen, die du das schreibst.
Die Idee war, die LED über eine Ausfräsung der Leiterplatte zu setzen,
so dass man von der Unterseite direkt an das Wärmepad rankommt. Von der
Rückseite wird ein kleiner Kunststoffblock angeschraubt, der die
Schlauchanschlüsse und Leitungskanäle enthält. Möglichkeit zum Bohren
und Fräsen des Kunststoffs habe ich (auch Metall, aber das ist wieder
schwerer).
Ist das denn richtig, dass ich bei genügend Frischwasserzufuhr davon
ausgehen kann, dass das Wärmepad auf der Wassertemperatur und damit auf
der Umgebungstemperatur gehalten wird?
U. M. schrieb:> Kombination Kühlkörper-Lüfter, wenn es leicht und kompakt sein soll.
Also mit Aluleiterplatte? Sonst isoliert ja die Platine zu stark. Oder
die LED direkt auf den Kühlkörper kleben und mit Draht kontaktieren?
U. M. schrieb:> Aber bei 10W lohnt das alles nicht wirklich, zumal LED rel. hohe Temp.> ertragen können
Ja, aber laut Datenblatt nimmt gerade die Leuchtkraft der roten LED mit
steigender Temperatur stark ab. Bei einem Kühlkörper von 2 K/W bei 10 W
wären das 20%(-punkte) weniger Leuchtkraft (Luminous Flux)
Hi,
wie schauts mit einem kleinen Kühler mit Lüfter aus ?
Das Problem mit dem Wasser ist das du das dicht bekommen musst und dann
muss die Energie an das Wasser über eine Fläche von 2,4 x 5,4 mm
abgegben werden.
Es sind zwar "nur" 10 Watt aber verglichen mit der Fläche einer Ivy
Bridge mit einer TDP von bis zu 77 W bei 160 mm² Die Fläche müsstest du
über einen CPU Kühler bei gleichbleibenden P/A Verhältnis 114 W
abführen.
Das mit der Wasserkühlung wird also schwer. Vorallem würdest du bei der
kleinen Fläche sicher eine turbolente Strömung brauchen damit die
Energie besser auf die 150 ml/min verteilt wird. Und ob du da so einfach
eine turbolente Strömung hingebekomst ....
Was du probieren könntest währe die Fläche unter der Kühlfläche der LED
auszufräsen und ein passendes Stück Kupfer einzulöten und da dann einen
Kühler draufzupacken. Aber allein das Stück Kupfer hätte einen
Wärmewiderstand von ~0,3 W/K und da ist der Übergang noch nicht
eingerechnet.
Gruß JackFrost
Dussel schrieb:> Ist das denn richtig, dass ich bei genügend Frischwasserzufuhr davon> ausgehen kann, dass das Wärmepad auf der Wassertemperatur und damit auf> der Umgebungstemperatur gehalten wird?
Ausgehend von den Daten unter
http://www.schweizer-fn.de/stoff/wuebergang_fluessigkeit/wuebergang_fluessigkeit.php
kannst du bei 5 m/s Strömungsgeschwindigkeit 16 kW / m² K abführen. Das
währe bei deiner Fläche wenn sie quer angeströmt wird eine Kontaktzeit
von ~ 1 ms
Bei deinen 14 mm² Fläche kannst du also pro K delta eine Leistung von
0,224 W abführen. Das wird dann doch ein sehr großer Aufwand.
Gruß JackFrost
Bastian W. schrieb:> wie schauts mit einem kleinen Kühler mit Lüfter aus ?
Der Lüfter ist halt wieder schwerer und muss noch passend befestigt.
Daran habe ich auch gedacht, aber es wäre mir lieber, wenn es auch
anders ginge.
Bastian W. schrieb:> Das Problem mit dem Wasser ist das du das dicht bekommen musst
Das sollte mit Kleber gehen, denke ich. Ich muss halt aufpassen, nicht
die Kühlfläche zu verkleben.
Bastian W. schrieb:> und dann muss die Energie an das Wasser über eine Fläche> von 2,4 x 5,4 mm abgegben werden.
Das muss sie bei einem Kühlkörper doch auch, oder?
Meine Vorstellung ist halt dass es besser ist, die Energie an das Wasser
abzugeben, das immer die gleiche Temperatur hat, als an einen
Kühlkörper, der sich im Laufe der Zeit erwärmt.
Bastian W. schrieb:> Vorallem würdest du bei der> kleinen Fläche sicher eine turbolente Strömung brauchen damit die> Energie besser auf die 150 ml/min verteilt wird.
Daran habe ich zwischendurch auch mal gedacht. Vielleicht ließe sich mit
geschickter (im Rahmen der Möglichkeiten) Wasserführung da was machen.
Bastian W. schrieb:> Was du probieren könntest währe […] ein passendes Stück Kupfer> einzulöten.
Bis ich das Kupfer auf Löttemperatur hätte, wäre die LED wahrscheinlich
gebraten, vor Allem, wenn das angelötete Kupfer danach auch wieder von
über 200°C abkühlen muss.
Bastian W. schrieb:> Bei deinen 14 mm² Fläche kannst du also pro K delta eine Leistung von> 0,224 W abführen. Das wird dann doch ein sehr großer Aufwand.
Das ist natürlich ernüchternd.
Danke für die verschiedenen Antworten. Damit werde ich mir das nochmal
überlegen.
Vielleicht ist es doch eine vierte Option, mich von meinem Ehrgeiz, die
volle Leistung zu nutzen, zu verabschieden…
Dussel schrieb:> Das muss sie bei einem Kühlkörper doch auch, oder?> Meine Vorstellung ist halt dass es besser ist, die Energie an das Wasser> abzugeben, das immer die gleiche Temperatur hat, als an einen> Kühlkörper, der sich im Laufe der Zeit erwärmt.
Kupfer hat aber eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit als Wasser.
Wenn man den Kupferblock in Leiterplattenstärke mit einem Material
gleicher Wärmeleitfähigkeit von Wasser vergleichen würden dann hättest
du bei deiner Fläche von 14 mm² und einer Stärke von 1,5 mm einen
Wärmestrom von ~3,7 W bei einem Delta von 1K bei "Wasser" währen es
0,0051 W. Daher müsstest du das gut "mischen".
Gruß JackFrost
Die Wärmeleitfähigkeit des Kühlwassers ist ziemlich egal, weil das
Wasser in einer Wasserkühlung ja nicht steht (wie ein Kühlkörper),
sondern bewegt wird. Da ist die Wärmekapazität die interessante Größe.
Um Wasser und Elektronik zu trennen, würde ich die LEDs auf einem
metallischen Kühlkörper (Alu oder Kupfer) montieren und diesen mit
Kühlwasserkanälen zu versehen, die vom Wasser durchflossen werden.
So funktionieren PC-Wasserkühlungen schon ziemlich lange und
zuverlässig.
Hallo,
> Dussel schrieb:> Ist das denn richtig, dass ich bei genügend Frischwasserzufuhr davon> ausgehen kann, dass das Wärmepad auf der Wassertemperatur und damit auf> der Umgebungstemperatur gehalten wird?
Davon ist nicht auszugehen.
1) Das Wasser muß ja die Wärme auch irgend wohin abgeben. Dazu ist ein
Temperaturgradient zur Umgebung nötig.
2) Der Wärmemübergang von Festkörper zum Wasser per Konvektion ist zwar
sehr gut, aber nicht unendlich. Also gibt es auch hier eine
Temperaturdiff. zwischen der Wassertemp. und der LED-Kühlfläche.
3) Die Wärmekapazität von Wasser ist zwar groß (ca. 4,2 J/(kg*K), aber
eben auch nicht unendlich. Durch kleine enge Kanäle bekommst du auch nur
kleine Volumenströme. Rechne doch einfach mal aus, um wie viel sich das
Wasser erwärmt, wenn du 10W abführen mußt bei einem angenommenen
Volumenstrom.
4) An der Grenzfläche zwischen LED und Wasser kann es zu Korrosion und
Verschmutzungen kommen (auch bakterielle Beläge), was den Wärmeübergang
verschlechtert.
> U. M. schrieb:>> Kombination Kühlkörper-Lüfter, wenn es leicht und kompakt sein soll.> Also mit Aluleiterplatte?
Das ist so üblich.
Gibt auch Trägerplatinen auf Kupferkern.
> Sonst isoliert ja die Platine zu stark. Oder
Bei 2..3W gehen normale LPL.
http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/LED_LAMPEN/SCHREIBTISCHLAMPE/LPL_LED-Traeger_25x25mm_einzeln.JPG
Bei 10W eher nicht mehr. Da ist so was eher angesagt:
https://www.led-tech.de/de/High-Power-Zubeh%C3%B6r/Platinen/Star-Platine-f%C3%BCr-Cree,-Seoul-und-Luxeon-LT-951_106_111.html
noch besser so was:
https://www.led-tech.de/de/High-Power-LEDs-Cree/CREE-XM-Serie/CREE-XM-L-U3-auf-Kupferkernplatine-LT-1943_120_170.html> die LED direkt auf den Kühlkörper kleben und mit Draht kontaktieren?
Wenn du das sauber hinbekommst?
> Ja, aber laut Datenblatt nimmt gerade die Leuchtkraft der roten LED mit> steigender Temperatur stark ab.
Deshalb lastet man Einzelstahler auch nicht voll aus, wenn man sehr gute
Effizienz haben will. Statt dessen nimmt man besser mehr Strahler.
Kostet am Anfang mehr, rentiert sich aber meist über die Zeit.
Gruß Öletronika
Matthias L. schrieb:> Die Wärmeleitfähigkeit des Kühlwassers ist ziemlich egal, weil das> Wasser in einer Wasserkühlung ja nicht steht (wie ein Kühlkörper),> sondern bewegt wird. Da ist die Wärmekapazität die interessante Größe.>
Die Wärmeleitfähigkeit hat einen Einfluss , aber wer nutzt schon Na/K
Legierungen zuhause. Und da Öl sowohl eine schlechtere
Wärmeleitfähigkeit als auch eine niedrigere Wärmekapazität hat scheiden
das auch aus.
Bei großen Generatoren nimmt man Wasserstoff statt Luft zur Kühlung da
bei Wasserstoff die Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität höher ist.
Gruß JackFrost
Meine Fehlannahme war, dass der Wärmeübergang zum Wasser sehr hoch ist.
Wie in dem Link von Bastian gezeigt, ist das nicht der Fall. Damit
scheidet die direkte Wasserkühlung wohl aus.
Matthias L. schrieb:> Um Wasser und Elektronik zu trennen, würde ich die LEDs auf einem> metallischen Kühlkörper (Alu oder Kupfer) montieren und diesen mit> Kühlwasserkanälen zu versehen, die vom Wasser durchflossen werden.
Dann hätte ich den Nachteil des schweren Kühlkörpers und des Wassers im
Bereich der Elektronik, also die Nachteile beider Systeme vereint. ;-)
U. M. schrieb:> 1) Das Wasser muß ja die Wärme auch irgend wohin abgeben. Dazu ist ein> Temperaturgradient zur Umgebung nötig.
Wie gesagt, das sollte sich mit einem Wärmeübertrager machen lassen.
U. M. schrieb:> 3) Die Wärmekapazität von Wasser ist zwar groß (ca. 4,2 J/(kg*K), aber> eben auch nicht unendlich. Durch kleine enge Kanäle bekommst du auch nur> kleine Volumenströme. Rechne doch einfach mal aus, um wie viel sich das> Wasser erwärmt, wenn du 10W abführen mußt bei einem angenommenen> Volumenstrom.
Das habe ich ja gemacht. 5 K bei 140 ml/min und (insgesamt) 50 W.
U. M. schrieb:>> die LED direkt auf den Kühlkörper kleben und mit Draht kontaktieren?> Wenn du das sauber hinbekommst?
Ausprobieren. Zumindest bei der LED, die ich schon aus der Packung
genommen habe, liegen die Pins etwas (minimal) höher als die Kühlfläche.
Da müsste ich dann irgendwie eine Isolationsschicht drunterbekommen.
Oder eine 'Isolationswanne' für die Pins in den Kühlkörper fräsen.
U. M. schrieb:> Deshalb lastet man Einzelstahler auch nicht voll aus, wenn man sehr gute> Effizienz haben will. Statt dessen nimmt man besser mehr Strahler.
Es soll eine möglichst punktförmige Lichtquelle sein. Da ist ein Gehäuse
besser als mehrere.
Dussel schrieb:> Meine Fehlannahme war, dass der Wärmeübergang zum Wasser sehr hoch ist.> Wie in dem Link von Bastian gezeigt, ist das nicht der Fall. Damit> scheidet die direkte Wasserkühlung wohl aus.>> Matthias L. schrieb:>> Um Wasser und Elektronik zu trennen, würde ich die LEDs auf einem>> metallischen Kühlkörper (Alu oder Kupfer) montieren und diesen mit>> Kühlwasserkanälen zu versehen, die vom Wasser durchflossen werden.> Dann hätte ich den Nachteil des schweren Kühlkörpers und des Wassers im> Bereich der Elektronik, also die Nachteile beider Systeme vereint. ;-)
Nun, der Wärmeübergang bei direktkühlung ist ausschließlich wegen der
winzigen Kontaktfläche so schlecht. Und da hättest du das Wasser
tatsächlich direkt an der Elektronik, also, diese Lösung würde ich
tatsächlich abhaken.
Beim wasserdurchflossenen Kühlkörper hingegen ist bei geeigneter
Kanalführung die Kontaktfläche zum Wasser um ein Vielfaches größer. Und
das Wasser ist eben gerade nicht in Kontakt mit der ELektronik, sondern
es bleibt brav in der Mechanik. Und ein Wasserkühlkörper kann deutlich
kleiner und leichter ausfallen als ein Luftgekühlter Kühlkörper gleicher
Leistung. Nein, an der wärmeaufnehmenden Seite ist eine Wasserkühlung
einfacher - der Mehraufwand liegt an der anderen Seite, wo ein
Lamellenkühler die Wärme letztendlich doch wieder an die Luft abgeben
muss. Und man braucht eine Umwälzpumpe und ein Ausgleichsgefäß. DAS ist
der Mehraufwand.
Matthias L. schrieb:> der Mehraufwand liegt an der anderen Seite, wo ein> Lamellenkühler die Wärme letztendlich doch wieder an die Luft abgeben> muss. Und man braucht eine Umwälzpumpe und ein Ausgleichsgefäß.
Wie gesagt, der feststehende Kühler kann dann groß sein. Eine
Zahnradpumpe bekommt man für ein paar Euro und ein Ausgleichbehälter
sollte auch kein so großer Aufwand sein.
Den Kühlkörper zur Wärmeabgabe ans Wasser müsste ich nochmal
dimensionieren.
Hier kommen ja doch einige für mich neue Ideen zusammen. Danke dafür.
Dussel schrieb:> Dazu habe ich erstmal eine Frage (die ich schonmal gestellt habe, die> mir aber noch nicht beantwortet wurde): Im Datenblatt ist> Thermal Resistance, junction to solder point 4 °C/W> angegeben. Bezieht sich das auf auf eine 'Junction' oder alle zusammen> (RGBW)? Wenn ich alle bei maximaler Leistung betreibe, haben die> zusammen fast 10 W, aber jede einzelne hat nur durchschnittlich etwa 2,5> W. Mit welcher Leistung muss man rechnen?
Das dürfte sich auf die Gesamt-LED beziehen. Ein TO252 hat ca. 35mm²
Heatsink
(http://www.infineon.com/dgdl/smdpack.pdf?fileId=db3a304330f6860601311905ea1d4599,
S. 33) und 1,8 K/W. Cree hat 14mm² Heatsink (S. 12), da passen die
angegebenen 4K/W doch recht gut dazu. Das Kupfer, auf dem die LEDs
sitzen, hat eine recht gute Querleitfähigkeit, die LEDs dürften also
meistens eine recht ähnliche Temperatur haben.
Bei RGBW ist es eigentlich nicht sinnvoll, alle vier LEDs gleichzeitig
zu betreiben. Ich weiß nicht, wie du den Farbraum genau abbilden willst,
aber mit drei der vier LEDs kannst du jeden beliebigen Punkt anfahren.
Worst case hast du also 6,7W Leistungsaufnahme; rechnen wir mit 7W.
Zum Wirkungsgrad habe ich im Datenblatt nichts gefunden, ich gehe mal
von 40% aus. Damit musst du je LED bei 7W elektrischer Leistung 4,2W als
Wärme abführen, vier Stück sind also 17W. Der Rest ist Licht.
Bei Rth_jc = 4K/W haben die Dies 17K mehr als das Exposed Pad und damit
die Leiterplattenoberseite (Lot nicht berücksichtigt). Die LEDs dürfen
150°C, die Leiterplattenoberseite darf damit im worst case auf 133°C
kommen. Das ist schon nahe an der Glastemperatur.
Würth gibt für gefüllte Thermal Vias mit 0,6er-Pitch bei 100mm² 0,95K/W
an,
https://www.we-online.com/web/en/index.php/show/media/04_leiterplatte/2013_1/webinare_1/waermemanagement/Thermal_Management_Webinar.pdf
(Folie 14). Das sind für die 14mm² also rund 6K/W. Wenn du die
Kupferfläche unter der LP ein bisschen größer als das Thermal Pad der
LED machst, wird es sicher noch etwas besser, nehmen wir 5K/W an. Die
Unterseite der Leiterplatte darf dann noch ca. 110°C haben.
Wenn deine Umgebungstemperatur 40°C nicht überschreitet und vier LEDs
auf einen Kühlkörper sollen, hast du also 70K Hub für 24W. Das passt mit
deinen 2K/W ganz gut zusammen.
Oder du kühlst die LEDs einzeln, 70K für 6W, also 11 K/W. Das ist doch
schnuckelig klein.
Wenn du Extra-Aufwand treiben willst, kannst du noch den Rth der
Leiterplatte loswerden, d.h. Cu- oder Al-Klotz unter dem Thermal Pad in
einer Ausfräsung platzieren. Für Cu mit 400W/mK komme ich bei 14mm² auf
ca. 0,25K/W, also rund 1K Hub.
Ich nehme an, dass dir eine Effektbeleuchtung vorschwebt, bei der die
LED nicht ununterbrochen mit voller Leistung eingeschaltet ist.
Wenn du ununterbrochen alles voll bestromen willst, musst du anders
dimensionieren:
Cree testet intern 1000h bei 85°C Umgebungstemperatur und voller
Bestromung; leider steht in
http://www.cree.com/~/media/Files/Cree/LED%20Components%20and%20Modules/XLamp/XLamp%20Application%20Notes/XLamp_Reliability.pdf
nichts zur Kühlung. Wenn du also so auslegst, dass dein Kühlkörper
maximal 85°C hat, solltest du die 1000h locker erreichen. Wenn du mehr
willst: Faustformel ist 10K weniger = doppelte Lebensdauer.
Max
Max G. schrieb:> Bei RGBW ist es eigentlich nicht sinnvoll, alle vier LEDs gleichzeitig> zu betreiben.
Normalerweise nicht, aber das ändert das Problem auch nicht um
Größenordnungen. Außerdem kann es sein, dass es einfach mal sehr hell
sein soll, also RGB-Weiß plus Warmweiß.
Max G. schrieb:> Zum Wirkungsgrad habe ich im Datenblatt nichts gefunden, ich gehe mal> von 40% aus.
Das halte ich für zu hoch. Nach meinen Informationen kann man eher von
20% ausgehen. Ich bin aber auch froh, wenn sich deine Information
bestätigt. :-)
Max G. schrieb:> Die LEDs dürfen 150°C
Schon bei 100°C hat rot nur noch 50% seiner Leuchtkraft. Natürlich
möchte ich möglichst viel Licht bekommen. 50% sind schon verhältnismäßig
wenig. Deshalb würde ich, wenn möglich, da gerne möglichst weit von weg
bleiben. Mit flüssigem Helium fange ich aber trotzdem nicht an. :D
Max G. schrieb:> Würth gibt für gefüllte Thermal Vias mit 0,6er-Pitch bei 100mm² 0,95K/W> an,> […]> Die Unterseite der Leiterplatte darf dann noch ca. 110°C haben.
Das muss ich nochmal nachrechnen.
Max G. schrieb:> Wenn deine Umgebungstemperatur 40°C nicht überschreitet und vier LEDs> auf einen Kühlkörper sollen, hast du also 70K Hub für 24W. Das passt mit> deinen 2K/W ganz gut zusammen.
Es soll eine RGBW-LED pro Kühlkörper sein, aber alle vier oder fünf
zusammen an den Kühlkreislauf (wenn Wasserkühlung) angeschlossen werden.
Max G. schrieb:> Ich nehme an, dass dir eine Effektbeleuchtung vorschwebt, bei der die> LED nicht ununterbrochen mit voller Leistung eingeschaltet ist.
Im Normalfall nicht, aber es kann vorkommen und soll dann auch mal
einige Zeit (bis in den Stundenbereich) so laufen.
Wann kommt endlich die 100%-LED, damit man sich den ganzen Kram sparen
kann :-/
Im Kfz-Bereich benutzt man ja auch Leistungs-LED. Diese haben im
Kühlkörper einen Temperatursensor. Wenn es der LED zu heiß wird, wird
die nur noch mit PWM angetaktet, bis sie kühler geworden ist. So bleibt
die Kühlfläche klein, hat aber periodisch für kurze Zeit
Leistungseinbußen. Vielleicht wäre das ja was.
Gruß Daniel
Dussel schrieb:> Schon bei 100°C hat rot nur noch 50% seiner Leuchtkraft. Natürlich> möchte ich möglichst viel Licht bekommen. 50% sind schon verhältnismäßig> wenig
Die Auslegung überlasse ich dir. Der Rechenweg ist hoffentlich klar
geworden.
Moin,
nochmal gerade als Rückmeldung: Im Moment habe ich keinen Zugriff auf
die Maschinen, deshalb dauert es noch ein bisschen (oder auch ein
bisschen länger). Da ich davon ausgegangen bin, dass ich Platinen
verwende, habe ich hier schonmal nachgefragt, um die Platinen entwerfen
und fertigen lassen zu können.
Ich werde die LED wohl auf direkt auf einem Kühlkörper befestigen.
Zuerst mal auf einem normaler Luftkühlkörper und dann mal sehen, wie sie
sich verhält. Später dann eventuell ein Wasserkühlkörper.
Danke nochmal für die Informationen.
