Hallo Leute,
In meiner Bachelorarbeit entwickle ich ein Werkzeugmodul für die
visuelle Überwachung der Qualität von Leiterbahnen in der additiven
Fertigung.
In dem Verfahren wird ein Bauteil im Pulverbett mittels des
Pulver-Binder 3D-Druck Verfahrens schichtweise hergestellt. An den
Orten, an denen Leiterbahnen oder elektrische Bauteile platziert werden
sollen wird mittels eines Saugers eine Kavität hergestellt. Für die
elektrischen Leiterbahnen wird mittels eines Dispensers eine
Epoxy-Silberpartikel-Paste abgelegt.
Mein Modul soll anschließen Bilder aufnehmen die dann von einem
Algorithmus auf Fehlerstellen (Lücken oder Ausbuchtungen) untersucht
werden.
Damit man sich ungefähr vorstellen kann wie das Gerät aussieht hab ich
ein Bild davon angehängt
(Achtung, es liegt auf dem Kopf, die LEDs schauen natürlich im
Anwendungsfall nach unten)
An jedem der vier Arme befinden sich je 3 3 Watt RGB LEDs
(https://www.highlight-led.de/highpower-led-3w-rgb-auf-pcb-rot-gruen-blau.html)
in Serie geschaltet. Angesteuert werden diese durch Meanwell Ldd 350-L
KSQ. Ich habe jeweils das Datenblatt mit angehängt und auf
dem Schaltplan seht ihr wie die LEDs verschalten habe.
Mein Problem ist nun folgendes:
Innerhalb kürzester Zeit verabschieden sich einzelne LEDs im Gehäuse der
RGB-LED womit das ganze RGB-Paket unbrauchbar wird und ausgetauscht
werden muss.
So zerschießt es mal den blauen Kanal, mal den grünen oder Roten, mal
gibt es nen Kurzschluss über die Diode, mal sperrt sie sich komplett.
Andere LEDs überleben ohne Probleme (bis jetzt...)
Spannungsspitzen durchs einschalten des Labornetzteils kann ich
ausschließen, da ich den maximalen strom eingestellt habe und zum
"einschalten der LEDs" nur den Spannungsregler hochdrehe.
Liegt das an einer schlechten Verarbeitung der LEDs?
Oder ist der LED-Treiber der Übeltäter?
Sollte ich evtl. einen wählen der weniger strom liefert? z.B. 250 mA?
Habt ihr ne Idee was das sein kann?
Hast Du für das Foto extra die Kühlkörper abgeschraubt oder wird die
Apparatur in einem Windkanal betrieben? Letzteres vermutlich nicht wenns
um Pulverdruck geht. Also zeig doch mal die Kühlkörper.
Hassi schrieb:> Habt ihr ne Idee was das sein kann?
Fehlende Kühlung. Das Datenblatt der LED ist ein schlechter Witz. Aber
zumindest eine Angabe steht drin: die maximale Sperrschichttemperatur
der LED mit 120°C. Real hätte ich noch erwartet, ein Diagramm mit der
erlaubten Verlustleistung über die Temperatur der Alu-Platine zu sehen.
Gibts aber nicht.
Apropos Alu-Platine. Warum denkst du wohl, ist die aus Alu? Und warum
hat sie eine blanke, plane Rückseite? Kann es vielleicht sein, daß man
die an einen Kühlkörper schrauben muß?
Mit der Kühlung auf dem Foto können die bestenfalls mit 700mW betrieben
werden. Wenn die Lichtintensität also nicht so relevant ist, drossel die
LEDs doch mal auf 20%
Hassi schrieb:> Für die> elektrischen Leiterbahnen wird mittels eines Dispensers eine> Epoxy-Silberpartikel-Paste abgelegt.
Wie hochohmig sind die denn?
Evtl. heizen sie den Aufbau noch zusätzlich auf, während gewöhnliche
metallische Leiter, vorzugsweise Kupfer, eher die Verlustwärme der
Halbleiter abführen.
Hassi schrieb:> Liegt das an einer schlechten Verarbeitung der LEDs?> Oder ist der LED-Treiber der Übeltäter?
An der Temperatur kann es nicht liegen, die habe ich nie gemessen. :-(
Hast du die LED-Platinen während des Betriebs mal angefasst?
Hassi schrieb:> Liegt das an einer schlechten Verarbeitung der LEDs?> Oder ist der LED-Treiber der Übeltäter?> Sollte ich evtl. einen wählen der weniger strom liefert? z.B. 250 mA?> Habt ihr ne Idee was das sein kann?
Es gibt leider durchaus recht viele LEDs die schlecht verarbeitet sind.
Zum einen werden die Bonddrähte nur schlecht angepunktet und zum anderen
werden fehlerhafte LED-Chips verwendet die irgendwann ausfallen.
Es ist möglich dass du in gutem Glauben ein normales Produkt zu erstehen
eigentlich ein minderwertiges Produkt bekommen hast ... das kann man
nicht mal am Preis fest machen weil die Müll-Produzenten ihren Müll für
den gleichen Preis verkaufen, gerade damit es keinen Unterschied gibt
der sichtbar ist.
Wie ist das eigentlich mit der Wärme ... sind deine LEDs die ganze Zeit
aktiv oder werden sie nur dann aktiviert wenn das Foto gemacht wird?
Die LEDs sollten nicht wärmer als 50°C werden damit sie lange halten.
Aber selbst LEDs die 70°C warm werden können ein paar tausend
Betriebsstunden lang betrieben werden. (wenn es nicht gerade
Ausschussware ist)
Danke für die Antworten, das Thema Temperatur hab ich noch mal genau
betrachtet!
Da die LEDs nur für die Zeit einer Aufnahme leuchten sollen ist die Zeit
die diese am Stück leuchten sehr kurz (unter einer Sekunde mit Vor- und
Nachlauf). Mir ist schon klar dass diese LEDs für den Dauerbetrieb
gekühlt werden müssen. Die Aluminiumplatine sollte aber für so kurze
Zeiträume als Kühlkörper ausreichend sein.
Habe das kurz Überschlagen und komme auf bei einer Dauerbelastung einer
LED und der Star-Platine auf etwa eine Minute bis die
Sperrschichttemperatur erreicht wird.
[T2 = dQ/(m*c)+T1 -> T2 = (t*P)/(m*c)+T1 -> 117°C =
(55s*3W)/(0,002kg*896J/kg*K)+25°C]
Ich habe es gerade nochmal getestet:
Volle Leistung und die Rückseite der LED wird nach etwa 25 Sekunden noch
angenehm abzufassen.
Ich schließe somit eine generelles Temperaturproblem aus.
Die Ausfälle der LEDs passieren auch nicht erst nach etlichen Sekunden
sondern innerhalb der ersten ein, zwei Sekunden.
Schaltest Du die LED´s gleichzeitig mit der KSQ ein oder ist die KSQ
schon vorher in Betrieb und Du schaltest die LED´s dazu?
PS:
Die Frage ist wichtig.
Die 350mA Konstantstrom sind "absolute Maximum Rating" pro LED-Chip.
Darüber darf es nicht sein aber das wird der 350mA-Treiber wohl nicht
garantieren.
Generell hält man von den Maximalwerten einen gewissen Abstand ein - bei
LED ist das auch schon wegen Effizienz und Lichtqualität meistens
sinnvoll. Die letzten paar mA durchzujagen, bringt nicht wirklich was.
Thomas B. schrieb:> Schaltest Du die LED´s gleichzeitig mit der KSQ ein oder ist die KSQ> schon vorher in Betrieb und Du schaltest die LED´s dazu?>> PS:> Die Frage ist wichtig.
Wenn der Schaltplan so stimmt, dann wird wohl die Stromversorgung der
KSQ geschaltet. Die LEDs sind fest mit ihnen verbunden.
Aber für bemerkenswert halte ich die Tatsache dass die LEDs mit 350mA
genau an den "Absolute Ratings" betrieben werden. Ein sehr häufiges
Verfahren hier, dass schon aus allgemeinen Überlegungen heraus,
vermieden werden sollte. Das sind, wie der Name schon sagt: absolute
Maxima, die schmale Grenzlinie zwischen geht noch knapp (und wie lange
weiß niemand) und geht nicht mehr.
Also ich würde weniger Strom, höchstens ein Drittel des Maximalstromes,
nehmen.
Aber die KSQ arbeitet erst ab 9V korrekt.
Ich würde das Labornetzteil auf Nennspannung einstellen, und die KSQ
samt LED´s einschalten.
Das langsam hochfahren halte ich für keine gute Idee.
Staubfänger schrieb:> Aber für bemerkenswert halte ich die Tatsache dass die LEDs mit 350mA> genau an den "Absolute Ratings" betrieben werden.
Das geht eigentlich, aber verringert natürlich die Lebenserwartung.
Aber er schrieb ja, dass sie innerhalb der ersten Sekunden sterben :)
Gruß
Thomas
Hassi schrieb:> Habe das kurz Überschlagen und komme auf bei einer Dauerbelastung einer> LED und der Star-Platine auf etwa eine Minute bis die> Sperrschichttemperatur erreicht wird.> [T2 = dQ/(m*c)+T1 -> T2 = (t*P)/(m*c)+T1 -> 117°C => (55s*3W)/(0,002kg*896J/kg*K)+25°C]
Damit hast du ausgerechnet, wann die Aluplatte auf 117°C aufgeheizt
wäre. Das Silizium ist dann aber schon längst kaputt, weil es deutlich
heißer ist als die Aluplatine.
Wie schon geschrieben wurde ist das Datenblatt deiner LED leider nicht
sehr aussagekräftig, wie groß der thermische Widerstand zwischen
Silizium und Aluplatine ist. Die 350mA sind jedenfalls nur erlaubt,
solange die Aluplatte bei 25°C ist (auch wenn Ta normalerweise die
Umgebungstemperatur bezeichnet: in dem Datenblatt ist damit ziemlich
sicher die Platinentemperatur gemeint).
Hassi schrieb:> Die Ausfälle der LEDs passieren auch nicht erst nach etlichen Sekunden> sondern innerhalb der ersten ein, zwei Sekunden.
Na denn würde ich der Sicherheit halber mal einen Shunt einschleifen und
per Oszi nachmessen, ob auch wirklich nie mehr als der gewünschte Strom
fließt. Wenn der Strom passt, dann ist es halt doch so, dass die LEDs zu
heiß werden.
Hassi schrieb:> Spannungsspitzen durchs einschalten des Labornetzteils kann ich> ausschließen, da ich den maximalen strom eingestellt habe und zum> "einschalten der LEDs" nur den Spannungsregler hochdrehe.
Und mit welchem Wert fängst du dabei an?
Bei Spannungen unterhalb von 9V wird die KSQ außerhalb ihrer
Spezifikation betrieben, d.h. das Verhalten ist unbestimmt
Achim S. schrieb:> Das Silizium ist dann aber schon längst kaputt, weil es deutlich> heißer ist als die Aluplatine.
Silizium ist für LEDs zwar nicht geeignet und wird daher auch nicht
verwendet, aber grundsätzlich stimmen die Überlegungen.
Hp M. schrieb:> Silizium ist für LEDs zwar nicht geeignet und wird daher auch nicht> verwendet
oh je, stimmt natürlich...
Zuerst hatte ich "Der die" geschrieben, aber weil sich das so blöd liest
hab ich es in "Das Silizium" verschlimmbessert.
Achim S. schrieb:> Zuerst hatte ich "Der die" geschrieben, aber weil sich das so blöd liest
Das heisst ja auch anders: "Meine Schwester hat ein Kind gekriegt.
Der die das getan hat, wissen wir nicht." :-)
mhh, das mit dem Strom hab ich wirklich nicht bedacht MIST
Ich hab die KSQs nach den Angaben auf der Webseite bestellt und hab
gedacht wenn die mit 350 mA getestet werden sollte das so passen.
@Wolfgang, ich schalte das alles zusammen ein, so wie im Datenblatt
angegeben.
würde es generell Sinn machen an jedem KSQ-Ausgang einen Kondensator zur
Glättung und Spitzen abfedern einzubauen?
Zum Thema Wärme:
angenommen ich würde einen Kühlkörper anbringen würde sich doch wieder
erst der Chip, dann die Aluminium-Grundplatte und der Kühlkörper
erwärmen. Bis sich der Kühler erwärmt hat der Chip ja trotzdem wieder
die 'tödliche' Temperatur, oder nicht?
Wie gesagt, das mit der Wärme wird wohl stimmen, ich kann mir aber nicht
erklären wie mehr Thermische Masse bei gleicher Wärmekapazität die Wärme
schneller abführen soll.
Die LEDs sind mit der Platine verlötet (nicht nur die Beinchen, auch der
'Rumpf' der LED)
Ich werde mich jetzt nach einer alternativen Ansteuerung mit geringerem
Strom umsehen.
Hassi schrieb:> ...>> Zum Thema Wärme:> angenommen ich würde einen Kühlkörper anbringen würde sich doch wieder> erst der Chip, dann die Aluminium-Grundplatte und der Kühlkörper> erwärmen. Bis sich der Kühler erwärmt hat der Chip ja trotzdem wieder> die 'tödliche' Temperatur, oder nicht?> ...
Wenn der Kühlkörper ausreichend dimensioniert ist: Nicht.
man Temperaturgradient
benutze zum schalten der LED nicht die Versorgungsspannung sondern dem
mit PWM gekennzeichneten Eingang damit kann man schon mal ein
Überschwingen des Stromes verhindern und wenn man es auf die spitze
treiben will mit einem echten PWM Signal auch noch die Helligkeit
beeinflussen (wohl eher nur für Einrichtzwecke um die Fotos nicht zu
verfälschen)
Hallo,
ich habe hier in einem anderen Thread schon mal meine KSQ Platinen
angeboten:
Beitrag "Re: Einfache und billige Konstanstromquelle für Power LEDs"
Angebot gilt immer noch ;-)
Wenn du weiter runterscrollst, ist auch die Liste meiner vorhandenen
Shut Widerstände mit angegeben. Man kann sich auch rantasten. Mit ca.
200 mA beginnen und dann nacheinander 2 Ohm (50 mA) dazulöten. Wenn die
Pads für 3 Widerstände nicht ausreichen, kann man die 1206 Widerlinge
auch huckepack löten. Die KSQs funktionieren auch mit 5V und einer LED.
So teste ich. Bis 30V kann das IC lt. Datenblatt, an 24V Netzteilen habe
ich die schon verbaut.
Hallo,
ich hab die gleichen KSQ bei mir im Einsatz und die haben einen extra
Schalteingang zum ein und ausschalten. Spannung immer ein und
wegschalten mögen die nicht so richtig. Versuch mal die KSQ gesteuert
über PWM, bzw. das Remote ON/OFF ein und aus zu schalten, dann sollten
die LEDs länger leben.
Alex
Hassi schrieb:> mhh, das mit dem Strom hab ich wirklich nicht bedacht *MIST*> würde es generell Sinn machen an jedem KSQ-Ausgang einen Kondensator zur> Glättung und Spitzen abfedern einzubauen?
Schalte Widerstände parallel zu den Dioden, die zwacken Dir das "zuviel"
an Strom der KSQs ab.
Wie bedienst Du denn den PWM-Eingang der KSQs?
Sterben die LEDs weiterhin wenn Du da nur so auf z.B. max. 80% gehst?
LEDs können meist für sehr kurze Zeit (=PWM-Puls) einen etwas höheren
Strom ab. Das wird z.B. beim Multiplexing von LED-Anzeigen etc.
ausgenutzt.
Oder werden die PWMs gar nicht genutzt wie in Deinem Schaltplan?
Wenn letzteres - warum dann überhaupt RGB-LEDs und nicht weiße?
Danke für die Antworten.
Die Probleme mit den sterbenden LEDs hatte ich wenn ich auf jeden fall
zu Testzwecken den PWM-Eingang offen gelassen und dann den Strom
eingeschaltet habe.
Die PWM-Eingänge werden über einen µC angesteuert und da ist mir das
Problem noch nicht aufgefallen.
Solange der nicht über eine Serielle Schnittstelle den Befehl bekommt
einem bestimmten LED-Treiber mit einen bestimmten Tastgrad ein zu
schalten bleiben die Dunkel. So kann ich frei mischen welche Farbe die
Beleuchtung haben soll.
@Gerald B., Ich komme evtl. auf dein Angebot zurück. :)
@Hassi (Gast)
>Die Probleme mit den sterbenden LEDs hatte ich wenn ich auf jeden fall>zu Testzwecken den PWM-Eingang offen gelassen und dann den Strom>eingeschaltet habe.
Was wohl ein Fehler ist! Eingänge darf man zu 99% NIE offen lassen. Dort
muss wenigsten ein passender Pull-down Widerstand dran.
Gerd E. schrieb:> LEDs können meist für sehr kurze Zeit (=PWM-Puls) einen etwas höheren> Strom ab.
Jein, der maximal zulässige Strom sollte im Datenblatt stehen
und ist oft, auch für kurze Impulse, nur doppelt so hoch, wie
der zulässige Dauerstrom.
@ Didi S. (kokisan2000)
>" ... für kurze Pulse nur doppelt so hoch wie der zulässige>Dauerstrom....">Wo kommt denn diese Erkenntnis her?
Aus dem Datenblatt.
>Sie ist falsch.
Nö. Power-LEDs verkraften nur geringfügig höhere Pulsströme. Normale
20mA LEDs verkraften bis zum 10fachen des Nennstroms.
Lese ich im falschen Datenblatt?
Dort steht doch DC Betrieb bei 350mA pro Farbe ist die Grenze, also
gerade noch erlaubt (optimale Kühlanbindung, Alterung mal
vernachlässigt). Weiterhin wird ein zweiter Arbeitspunkt bei
periodischem Betrieb angegeben: 1000mA bei 100KHz Periode und 10%
Dutycycle, also bei 1µs Pulszeit und 9µs Pausenzeit. Damit ist der
erlaubte Pulsstrom fast dreimal so groß wie der DC-Wert. Wie dem auch
sei.
Beim Betrieb sind aus dem Datenblatt zwei wichtige Paramter für den
"gesunden" Betrieb herauszulesen:
1) maximaler Strom 1A
2) maximale Junction Temperatur 120°C
Egal was man mit dem Bauteil anfängt, diese Grenzen sollten eingehalten
werden, besser noch unterschritten werden.
Grenze 1) ist immer einzuhalten, da hohe Ströme Halbleiter und
Metallisierung in Mitleidenschaft ziehen. Hohe Stromdichten lösen so
manchen zerstörenden Effekt aus.
Grenze 2) ist fliessend, soll heissen die LED überlebt auch höhere
Temperaturen aber immer auf Kosten der Alterung und Lebenszeit. 10°C
höhere Temperatur bedeuten in etwa Halbierung der Lebenszeit. Also
weniger ist besser. Wenn man für eine bestimmte Pulszeit, Dutycycle und
für einen Strom nicht weiß, was die Junction Temperatur macht, muß man
messen, oder man findet im Datenblatt ein Pulsbelastbarkeitsdiagramm wie
z.B. bei OSRAM oder VISHAY.
Falk B. schrieb:> @ Didi S. (kokisan2000)>>>" ... für kurze Pulse nur doppelt so hoch wie der zulässige>>Dauerstrom....">>>Wo kommt denn diese Erkenntnis her?>> Aus dem Datenblatt.>>>Sie ist falsch.>> Nö. Power-LEDs verkraften nur geringfügig höhere Pulsströme. Normale> 20mA LEDs verkraften bis zum 10fachen des Nennstroms.
Typisches Problem einer falschen Zitierung. Meine Formulierung
"ist oft" heisst ja nichts anderes, das es auch LEDs gibt, die
höhere Spitzenströme vertragen. Das trifft speziell für LEDs
in Anzeigen zu, die ja häufig im Multiplex betrieben werden.
Das Datenblatt der LEDs die der TE verwendet, habe ich mir nicht
angesehen. Insofern hat "Didi" recht.
Hassi schrieb:> Ich werde mich jetzt nach einer alternativen Ansteuerung mit geringerem> Strom umsehen.
Du könntest einen Widerstand nutzen um etwas Strom parallel zur LED
abzuleiten.
Wenn du von einer weißen LED (3 Volt), über die 350mA fließen, 50mA
ableiten möchtest kannst du einen 60 Ohm Widerstand parallel zur LED
löten.
Dann brauchst du die Konstantstromquellen nicht zu ersetzen und musst
nur sehr wenig am Aufbau ändern.
schon mal gemessen ? Also mit dem Ozzi wie dein Treiber den Strom regelt
?
Kühlung wurde schon angesprochen, schlechte Qualität ebenfalls.
Ich würde vorschlagen einen anderen Treiber zu verwenden. Denn auch der
Treiber hat großen Einfluss darauf viel lange die LED hält.
Durch aus ist auch möglich das die 19V für den Treiber einfach zu viel
sind und er in einen schlechten Arbeitspunkt betrieben wird. Schlechtes
Tastverhältnis und Regelverhalten.
12V würden auch reichen um 3 LEDs in Reihe zu betreiben. Bevor man mit
einen Widerstand zu Gange geht würde ich die Betriebsspannung
verringern.
Marco H. schrieb:> 12V würden auch reichen um 3 LEDs in Reihe zu betreiben. Bevor man mit> einen Widerstand zu Gange geht würde ich die Betriebsspannung> verringern.
Wenn die Spannung zu hoch ist, dann fällt eben etwas mehr Spannung am
Regelkreis ab und wenn das ein linearer Regler ist wird der auch warm.
Es ist möglich dass die Strombegrenzung eine gewisse Spannung benötigt
um richtig arbeiten zu können.
Bei einer einfachen linearen Regelung sind das je nach Aufbau, 0.6V oder
1.2V die abfallen müssen damit die Regelung richtig funktioniert.
Der Widerstand dient ja nur dazu einen Teil des Stroms an der LED vorbei
zu leiten da die Stromregelung nun mal fest eingestellt ist.
Vielleicht gibt es auf der Regelung aber einen Shunt an dem eine gewisse
Spannung abfällt und der Regler so den Strom einstellt.
Er müsste dann also nur den Shunt-Widerstand erhöhen, also gegen einen
anderen Widerstand tauschen.
@ Hassi (Gast)
Vielleicht machst du ja mal ein paar Fotos von der Regelungsplatine
(beide Seiten), dann könnte ich dir vielleicht sagen was du da
modifizieren musst.
IMG_6480_1_.JPG
(220 KB)
Treiberplatine.png
(18 KB)
