Hier mal eine theoretische Frage: Ist der Thermal Runaway bei einer LED, die an Konstantspannung betrieben wird, bis hin zum Durchbrennen der LED in jedem Fall unausweichlich? Wenn eine LED an Konstantspannung betrieben wird erwärmt sie sich natürlich durch die Verlustleistung. Aufgrund des negativen Temperaturkoeffizienten für den differenziellen Widerstand sinkt dieser bei steigenden Temperaturen, wodurch die LED mehr Strom bekommt, wodurch mehr Verlustleistung in ihr frei wird, wodurch sie noch wärmer wird, wodurch der diff. Widerstand noch weiter sinkt.. usw. Das ganze führt dann irgendwann bis zum Durchbrennen. Aber ist das immer so? Oder überholt/überwiegt die thermische Abgabeleistung je nach Bauform/Einbausituation der LED irgendwann die Verlustleistung der LED so sehr, dass hier wieder ein Gleichgewicht entsteht? Sonst würden ja alle LEDs unter allen Umständen an Konstantspannung, auch wenn zunächst nur ein geringer Strom fließt, irendwann zwangsläufig immer heller werden und schlussendlich durchbrennen. Aber das habe ich so noch nicht beobachtet. Außer ich betreibe die LED ohnehin schon am Rande ihrer maximalen Belastbarkeit. lg Paul
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Paul H. schrieb: > Ist der Thermal Runaway bei einer LED, > die an Konstantspannung betrieben wird, bis hin zum Durchbrennen der LED > in jedem Fall unausweichlich? Nein, unter bestimmten Bedingungen geht das. Zur Erklärung zitiere ich mich mal selbst: ArnoR schrieb: > Die thermische Drift einer LED wirkt wie ein negativer Innenwiderstand > der Größe Ri=TKUf*UV*Rth, wobei TKUf der Temperaturkoeffizient der > Durchlassspannung ist, UV die Versorgungsspannung der LED und Rth der > Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Umgebung. > > Dem steht der positive Innenwiderstand (Bahnwiderstand Rb) der LED > entgegen, den man dem Datenblatt bei hohen Strömen entnehmen kann. > > Die LED ist thermisch stabil, wenn Rb+Ri>0. Man muss also nur für > passende Wärmeabfuhr sorgen, das war´s.
Paul H. schrieb: > Sonst würden ja alle LEDs unter allen Umständen an Konstantspannung, > auch wenn zunächst nur ein geringer Strom fließt, irendwann zwangsläufig > immer heller werden und schlussendlich durchbrennen. Aber das habe ich > so noch nicht beobachtet. Normalerweise gibt es keine Leuchten, bei denen LEDs mit Konstant- spannung betrieben werden. Also kannst Du das auch nicht beobachten.
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Hinzu kommt daß gerade die billigsten Leuchtdioden meistens auch ehr hohe Bahnwiderstände haben so daß das an einer billigen Batterie die ebenfalls hohe Innenwiderstände hat massenhaft gut gehen kann. Man muß halt akzeptieren daß eine LED 10 mal heller als eine andere ist.
@ Harald W. (wilhelms)
> Normalerweise gibt es keine Leuchten, bei denen LEDs mit Konstant-
spannung betrieben werden.
Geh mal in einen 1€-Laden...
ArnoR schrieb: >> Dem steht der positive Innenwiderstand (Bahnwiderstand Rb) der LED >> entgegen, den man dem Datenblatt bei hohen Strömen entnehmen kann. >> Die LED ist thermisch stabil, wenn Rb+Ri>0. Man muss also nur für >> passende Wärmeabfuhr sorgen, das war´s. ok, d.h. kann man sich eine LED im Ersatzschaltbild so vorstellen wie der Rb (positiv und konstant) + Ri (negativ, temperaturabhängig zunehmend negativ bei höheren Temperaturen) in Reihe?
Paul H. schrieb: > d.h. kann man sich eine LED im Ersatzschaltbild so vorstellen wie > der Rb (positiv und konstant) Wenn es nur um das thermische Verhalten geht, ja. > + Ri (negativ, temperaturabhängig > zunehmend negativ bei höheren Temperaturen) in Reihe? Jain. Warum sollte der bei höheren Temperaturen zunehmend negativ und temperaturabhängig sein? Der TK ist doch praktisch konstant, UV und Rth auch.
Paul H. schrieb: > Oder überholt/überwiegt die thermische Abgabeleistung je nach > Bauform/Einbausituation der LED irgendwann die Verlustleistung > der LED so sehr, dass hier wieder ein Gleichgewicht entsteht? Die thermische Abgabeleistung wird gesteiget, indem der Temperaturgradient gegenüber der Umgebung erhöht wird. Wenn keine ausreichende Heizleistung vorhanden ist, steigt die Temperatur nicht und die Abgabeleistung kann nicht weiter steigen.
A-Freak schrieb: > Hinzu kommt daß gerade die billigsten Leuchtdioden meistens auch ehr > hohe Bahnwiderstände haben so daß das an einer billigen Batterie die > ebenfalls hohe Innenwiderstände hat massenhaft gut gehen kann. D.h. es sind doch die unbedingt nötigen Widerstände vorhanden, man sieht sie bloss nicht.
Harald W. schrieb: > D.h. es sind doch die unbedingt nötigen Widerstände vorhanden, > man sieht sie bloss nicht. Du hast es erfasst. Ich hatte mal aus Neugier LED von so einer Lichterkette ausgemessen und kam zu dem Schluss, dass der Innenwiderstand dieser LEDs deutlich höher ist, als von denen aus meiner Bastelkiste.
ArnoR schrieb: > Der TK ist doch praktisch konstant, UV und Rth > auch. ja, so meinte ich das auch. :-) Ri ist zunehmend negativ je höher die Temperatur.
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ArnoR schrieb: >> Die LED ist thermisch stabil, wenn Rb+Ri>0. Man muss also nur für >> passende Wärmeabfuhr sorgen, das war´s. Das sagt sich so einfach :D Paul H. schrieb: > immer heller werden und schlussendlich durchbrennen. Aber das habe ich > so noch nicht beobachtet. Außer ich betreibe die LED ohnehin schon am > Rande ihrer maximalen Belastbarkeit. Bei der "maximalen Belastbarkeit" nicht nur den LEDstrom (deren Verlustleistung), sondern unbedingt auch die Umgebungstemperatur (Sommer im Auto, oder Haarfön einmal kurz falsch gehalten) beachten. Teufelskreis: bei erhöhter Umgebungstemperatur wird die erlaubte Verlustleistung kleiner. Konstantstrom und Parallelschaltung - also mehrere Zweige an der gleichen Spannung: Recht häufig anzutreffen ist die Problematik der Leistung bei Parallelschaltung von LEDs, Extrembeispiel Stefans angesprochene Lichterkette ohne dedizierte Vorwiderstände. Bei COBLEDs (Arrays zB 10*10) kein problem weil alle LEDs dieselbe Temparatur haben. Bei einer langen Beleuchtungslichterkette thermisch sehr schnell problematisch.
A-Freak schrieb: >> Normalerweise gibt es keine Leuchten, bei denen LEDs mit Konstant- > spannung betrieben werden. > Geh mal in einen 1€-Laden... Dabei handelt es sich um LED in den 1Euro Licherketten, die nicht auf Wirkungsgrad getrimmt wurden, sondern auf billigste Herstellung und daher hat eine der Schichten in der LED einen Widerstand, die dem zufällig entgegenwirkt. Ein Nachteil davon ist, dass diese nicht gut Pulse vertragen, der Wirkungsgrad schlechter ist und die theoretische maximale Leistung des Leuchtchips reduziert ist, aber umgekehrt nehmen diese das parallele Verschalten nicht so übel.
Paul H. schrieb: > Ri ist zunehmend negativ je höher die Temperatur. Du hast es immer noch nicht geschnallt.
Paul H. schrieb: > Ri ist zunehmend negativ je höher die Temperatur. Nein ArnoR schrieb: > Die thermische Drift einer LED wirkt wie ein negativer Innenwiderstand > der Größe Ri=TKUf*UV*Rth Wo siehst du hier die Temperatur? > wobei TKUf der Temperaturkoeffizient der Durchlassspannung > ist, UV die Versorgungsspannung der LED und Rth der > Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Umgebung
Was ist denn dein konkreter Grund für die Frage. Wenn du von Leds an Spannungsquellen redest, bedenke, dass diese "Spannungsquellen" dann fast immer einen deutlich erkennbaren Innenwiderstand haben. Der addiert sich noch zu dem von ArnoR genannten Widerstand dazu: ArnoR schrieb: > Die LED ist thermisch stabil, wenn Rb+Ri>0. Man muss also nur für > passende Wärmeabfuhr sorgen, das war´s. "Stabil" heisst dann aber nicht konstant, sondern nur dass es nicht "kippt".
Wie wirkt sich denn der Widerstand einer Konstantspannungsquelle aus?
Udo S. schrieb: > ArnoR schrieb: >> Die LED ist thermisch stabil, wenn Rb+Ri>0. Man muss also nur für >> passende Wärmeabfuhr sorgen, das war´s. > > "Stabil" heisst dann aber nicht konstant, sondern nur dass es nicht > "kippt". Doch, stabil heißt dann durchaus auch konstant. Aber eben nicht gleich, sondern erst nachdem sich die Temperatur stabilisiert hat. Eine ganz andere Frage ist, bei welcher Temperatur das passiert und ob die LED diese Temperatur überhaupt aushält.
Paul H. schrieb: > Hier mal eine theoretische Frage: Ist der Thermal Runaway bei einer LED, > die an Konstantspannung betrieben wird, bis hin zum Durchbrennen der LED > in jedem Fall unausweichlich? Nein, unausweichlich ist es nicht, aber sehr wahrscheinlich. Wenn man mit viel zu wenig Leistung (Spanung*Strom) anfängt, kann es sein, dass sich bei Erwärmung gerade noch ein verträglicher hoher Strom einstellt den man weggekühlt kriegt wobei die LED nicht abraucht. Aber das ist eher Zufall als gezielt, denn alle Effekte vorher korrekt auszurechnen gelingt kaum. Da ist es zielsicherer, gleich den Strom vorzugeben und sich die LED die Spannung aussuchen zu lassen wie sie möchte, da sinkt sogar die Verlustleistung bei Erwärmung, der Prozess ist also selbstbegrenzend statt selbstweglaufed. Es gibt keinen sinnvollen Grund eine LED an eine Konstantspanung zu legen, ausser Dummheit.
A-Freak schrieb: > @ Harald W. (wilhelms) > > > Normalerweise gibt es keine Leuchten, bei denen LEDs mit Konstant- > > spannung betrieben werden. > > Geh mal in einen 1€-Laden... Jein. Viele dieser Billigstlampen (Schlüsselfinder, Lichterketten) arbeiten mit Batterien und nutzen welche (Knopfzelle, Micro) mit hohem Innenwiderstand, werden also mitnichten an einer Konstanspannungsquelle betrieben. Aber man findet oft direkte LED Parallelschaltungen, was ja auch eine Art der Spannungsversorgung ist. Dazu findet man eben so viele (Lichterketten, Taschenlampen aus x * 5mm LED, Autorücklichter) in denne nach kurzer Zeit einzelne LEDs ausfallen. Der Beweis, daß direkte Parallelschaltung nichts taugt ist also erbracht, auch wenn es nicht in JEDEM FALL schief geht. Hier steht zur direkten Parallelschaltung einfach 'not recommended' https://www.led1.de/shop/files/Datenblaetter/5mm/NSPG500DS.pdf
Axel S. schrieb: > Wo siehst du hier die Temperatur? Nirgendwo. D.h. Ri ist konstant? Was ist denn hier nun stattdessen Temperaturabhängig? Wo kommt die Formel überhaupt her, die hab ich noch nirgendwo gesehen. Udo S. schrieb: > Was ist denn dein konkreter Grund für die Frage. Na, die Vorgänge, die hierbei stattfinden, verstehen zu wollen. > Wenn du von Leds an Spannungsquellen redest, bedenke, dass diese > "Spannungsquellen" dann fast immer einen deutlich erkennbaren > Innenwiderstand haben.> Wenn du von Leds an Spannungsquellen redest, bedenke, dass diese > "Spannungsquellen" dann fast immer einen deutlich erkennbaren > Innenwiderstand haben. Ja aber der liegt ja je nach Quelle einfach im Milliohmbereich (Labornetzteil). Da überwiegen die Effekte, die durch die Thermik der LED verursacht werden ja bei weitem. batman schrieb: > Wie wirkt sich denn der Widerstand einer Konstantspannungsquelle aus? Er mindert die Ausgangsspannung der Quelle desto mehr, je größer der Strom ist? Wirkt also wie ein Vorwiderstand der LED.
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Paul H. schrieb: > D.h. Ri ist konstant? Ja, näherungsweise. > Was ist denn hier nun stattdessen Temperaturabhängig? Falsche Frage, du bringst die Dinge durcheinander. Konstant temperaturabhängig ist die UF, dadurch kommt die Mitkopplung zustande, die zur Instabilität führt. > Wo kommt die Formel überhaupt her, die hab ich noch > nirgendwo gesehen. Die ist ein "Abfallprodukt" aus einer Überlegung zur thermischen Stabilität, die ich mal gemacht hatte.
Paul H. schrieb: > Axel S. schrieb: >> Wo siehst du hier die Temperatur? > > Nirgendwo. D.h. Ri ist konstant? Er ist zumindest nicht termperaturabhängig. Ansonsten ist er so konstant, wie das die anderen Größen in der Gleichung sind. > Was ist denn hier nun stattdessen Temperaturabhängig? Die Flußspannung Uf. Und wegen deren Temperaturabhängigkeit steht da der Temperaturkoeffizient TKUf in der Gleichung. > Wo kommt die Formel überhaupt her, die hab ich noch > nirgendwo gesehen. Die kann man sich mit ein paar Grundkenntnissen der Physik selber herleiten. Etwa so: Wenn wir eine Stromänderung ΔI haben, dann ändert sich die Verlustleistung: ΔP = UV·ΔI. Die Änderung der Leistung führt zu einer Änderung der Temperatur: ΔT = Rth·ΔP. Die Änderung der Temperatur führt zu einer Änderung der Flußspannung: ΔUf = TKUf·ΔT. Der differentielle Widerstand der LED ist definitionsgemäß Ri = ΔUf÷ΔI. Alles aus den obigen Beziehungen einsetzen, feststellen daß sich ΔI rauskürzt und man kommt auf die Gleichung von Arno.
batman schrieb: > Wie wirkt sich denn der Widerstand einer Konstantspannungsquelle aus? Konstantspannungsquellen haben keinen Widerstand, sonst würden sie keine konstante Spannung liefern.
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