RE: DIY LED-Beleuchtung - 6

Zitat von rossi

---

Hallo Martin

falls du dich erinnerst ich habe noch ein 130 Liter SeraCube. Da werden die Leuchtstoffröhren mittels 2 Lüftern gekühlt.
Ich kann die versichern, dass die Lüfterbatterie über dem großen wesentlich leiser ist. Es kommt auf die Qualität der Lüfter an und natürlich auf deren Drezahl mit denen sie laufen. Also micht stört das leise säuseln jedenfalls nicht. Die Gräusche der Pumpen sind ja noch lauter.

---

Hallo Wolfgang,
hier kommt es deutlich darauf an, was man gewohnt ist, da gebe ich dir recht. Meine Frau ist da sehr empfindlich und ich bin froh, die Technik im Keller zu haben...

Zitat von rossi

---

Zu deinem PS....ich betreibe sie natürlich nicht über dem Wert von 1 A.
Mir gigs nur darum zu sehen was da passiert, wie effizient die Kühlung ist, was die LED aushalten. Und was von den Herstellerangaben zu halten ist. Nach dem Motto liegt er mit seinen Werten am Grenzbereich oder ist noch Luft nach oben.

---

ich denke, dass das Problem ausschließlich thermischer Natur ist. Auch da wirst du richtig liegen. Dein Versuch zeigt ja: da ist Luft nach oben, die Module leben ja noch...

Zitat von rossi

---

Über den Alterungseffekt kann man sicher noch nix sagen, aber bei einer Junktiontemperatur von knappen 25°C kann man sicher von einer Lebensdauer von mehr als 30000 Stunden rechnen.

---

Junction-Temperatur: siehe Antwort davor. Und ja, die Module würden bei 25 GrdC Kühlkörper-Temperatur wohl eher 100000h leben. Das ist aber ein kaum zu erreichender Wert, wenn man nicht aktiv kühlt (z.B. über ein Peletierelement), das dann aber auch wieder keinen Sinn macht.

Gruß
Martin

Zitat von rossi

---

Ich habe dann mit der Methode Strom erhöhen...warten bis Gleichgewicht....Ud messen und dann den Strom auf 10 mA reduzieren die Spannung gemessen...schnelstmöglich ablesen...anerkannte Methode übrigends und die einzige die Junctiontemperatur direkt zu messen.
Diese Differenzen in der Spannung im Verhältnis zu der vorher ermittelten Temperaturkurve, sind äquivalent zur Junktiontemp.

Und wie ich beschrieben habe sind die besten Temperaturmesspunkte um dies auf der Led zu messen, nicht die Lötfahne...
sondern direkt auf dem Chip. Zumindest bei der von mir gemessenen LED
Und wenn dann die Temperatur direkt daneben auf dem Kühlkörper ähnlich ist...dann gibt es auch einen guten Wärmeübergang.

---

Hallo Wolfgang,
genau meine Meinung (das mit den Temperatur-Differenzen...). Es gibt überschlägige Formeln zur Berechnung der JT über den Rückschluss aus der Trägertemperatur. Die Messung an der Frontseite direkt über einer LED liegt auch dicht an der Wahrheit.
Die Temperatur-Messmethode über den Spannungsabfall ist zwar logisch aber ich hatte sie nicht auf dem Schirm....
BTW: Wie kommst du aber damit auf 25 GrdC ?

Das sind aber eigentlich alles Dinge, die Otto Normali nicht wirklich interessieren, respektive ihm viel zu komplex sind.
Ich lege natürlich Wert auf das Verständnis dieser Dinge, weil man mit diesem Wissen die richtige Kühlung konzipieren kann und über die erhebliche Wärmeentwicklung nicht erstaunt ist.
Na ja, wie auch immer,:
Du legst deine Messungen jedenfalls sehr professionell an und ich denke, das hilft hier weiter.
Die Messungen, die ich gemacht habe, beziehen sich immer auf die konkrete Kühlsituation mit dem Lampen-Equipment.
So habe ich für ein geklebtes 10 Watt-Modul bei einer Kühlwasser-Temperatur von 26 GrdC mit einem "gecoverten" Standard-Kühlprofil PR133 (http://www.alutronik.de) eine Temperatur der Trägerplatte von etwa 35 GrdC gemessen, die Aluminium-Unterlage (PR133) hatte direkt neben der Trägerplatte eine Temperatur von ca. 34 GrdC.
Das war schon recht ordentlich, ist aber bei aufgeschraubten Modul mit Wärmeleit-Paste (so mache ich das jetzt) noch besser.

Gruß
Martin

Hallo Wolfgang,
ich hatte einen längeren Disput mit einem Lieferanten zum Einsatz von Thermokameras und Infrarotmessungen. Wir waren uns einig, dass es keine Alternative zur punktuellen Messung mit einem Temperaturfühler gibt.
Bei deinen Aufnahmen ist sehr gut zu erkennen, dass auf dem Chip selbst keine höheren Temperaturen als ca. 50 GrdC zu sehen sind.
Wenn du einen Temperaturfühler nimmst, wirst du auf der Oberfläche der Silikonabdeckung bei einem 10 Watt-Modul und einem Strom von ca. 1000mA ca. 90...95 GrdC messen. Die sind auch realistische Werte! Wenn du dass nicht akzeptieren magst, halte deinen Finger auf die Oberfläche oder nur in die die Nähe.
Allerdings warrnt Huey Jann ganz ausdrücklich vor diesem Experiment, weil Verbrennung der Haut droht. HJ gibt 110 GrdC bei 10 Watt Modulen an.

Ich habe bei meiner Wasserkühlung gerade eben noch mal gemessen:

Auf dem Chip (der offen gelassene Messpunkt : 37 GrdC
Auf dem Träger (neben der Kunststoff-Abdeckung): 32 GrdC
Auf dem Kühlkörper (unmittelbar neben dem Träger) 31,9 GrdC
Kühlwasser-Temperatur am Kühlerausgang: 28,5 GrdC
Damit steht für mich fest:
1. Der Wärmeübergang des Chips intern könnte besser sein
2. Der Wärmeübergang vom Träger zum Kühlkörper ist bestens!
2. Die Wärmeleitung vom Kühlkörper zum Kühlmedium dürfte optimal sein

Also noch mal kurz und knapp: Ich traue den Werten deiner Wärmebildkamera nur sehr eingeschränkt. Sie erfasst die Temperatur vor dem Chip nämlich nicht annäherungsweise. Oder hast du den Kühlkörper von hinten aufgenommen, so das die LED gar nicht erfasst werden kann?
Das mag ich aber nicht annehmen, weil dann die Temperaturmessungen nur noch wenig mit der Realität zu tun hätten. Wie gesagt: ich nehme das mal nicht an.

Gruß
Martin

Zitat von rossi

---

Hi Martin

du hast doch jetzt nur das wiederholt, was ich schon gesagt hatte. Ich kann die nur in allen Teilen Recht geben.
Thermofühler ist das Maß aller Dinge. Hat den einzigen Nachteil, das man relativ lange messen muss. So lange die Lampe net über dem Becken hängt ist das aber wohl kein Problem.
Und die 100 °C auf der Oberfläche der LED hab ich ja auch schon bestätigt.
Les doch mal genauer was ich schreib oder drücke ich mich unklar aus.
Deine Messungen auf dem Träger und unmittelbar daneben auf dem KK, sind auch fast die gleichen die ich gemessen habe. Bei mir sind es 27 und 28 °C bei eingeschalteten Lüfter. Ohne Lüfter lieg ich allerdings bei 50°C.

Die Thermokamera zeigt ganz klar den falschen Wert auf der LED. Das ist ja auch die Silikonabdeckung. Auch die Thermakamera muss man auf das zu messende Material einstellen. Und das war in der Messung natürlich das Aluminium. Und da liegen dann die Werte nicht ganz soweit daneben. Also, was ich geschrieben habe, die Thermocam ist noch eine Alternative.

Ps.
Ich hab die Messungen zusammen mit einem Dr. der Physik und Mathematik zusammen gemacht. Auch er konnte zu Anfang nicht glauben das die Junktiontemperatur korreckt ist mit knappen 25 °C. Wir haben alles mehrfach überprüft...es stimmt so.
Und auch du weißt aus früheren Diskussionen, das ich früher anderer Meinung war und die Junktiontemp eher nahe der Oberflächentemp der LED angesiedelt hab. Ist aber nicht so, bei gutem Wärmeübergang liegt sie bei der auf dem KK gemessenen.

---

Hallo Wolfgang,
ja stimmt, die 100 GrdC hast du bestätigt. Sorry.
Bei der Sperrschichttemperatur kann ich aber nur mit dem Kopf schütteln. Das überzeugt mich nicht.
Ich messe eindeutig ein Temperaturgefälle von innen nach außen (du ja übrigens auch).
Mit der Berechnungsvorschrift von Huey Jann hast du mit einem Wärmewiderstand von 0,8 K/W zu rechnen, bevor du auf der Platte bist. Das ist noch nicht der KK! Und wo ein Wärme-Widerstand ist, da ist auch eine Temperaturdifferenz. Die messe ich ja schon auf der Trägerplatte selbst.
Ich werde es aber mal auf die Spitze treiben und eine spezielle Messanordnung aufbauen.
Erst mal: das hier ist eine Diskussion. Meine Zweifel sind so ohne weiteres nicht auszuräumen.

Eine Frage vielleicht noch: bei welcher Raumtemperatur hast du gemessen?

Gruß
Martin

Zitat von rossi

---

Hi Martin

Raumtemperatur, wie du in der Kurve sehen kannst Startpunkt 23 °C

Schau dir nochmal die letzte Grafik an. Alle Messungen ohne Kühlung. Die habe ich als allerletztes gemacht.
Da ist bereits bei 450 mA eine Junktion von 140 °C erreicht. Auf der LED 110 °C und auf dem Träger in der Gegend von 105 °C.

Die Kühlung ist halt effektiv.

Hier noch ein link...hier wurde die Junktiontemperatur genauso gemessen.

http://www.ledhilfe.de/viewtopic.php?t=8751

---

Hallo Wolfgang,
das du bei 23 GrdC Umgebung und 20mA eine Sperrschichttemperatur von 25 GrdC misst, verwundert mich nicht. Das gemeinde ich unter "normal" ein.
Wo ist der Sinn dieser Messung?
Die andere Seite ist doch die Belastete: bei 400 oder 1000mA kannst du doch die Rechnungen vergessen. Da wird es einfach nur "heiß"!!!
Nichts hilft da außer extreme Konvektion (schnelle Lüfter) oder das Wasserbad, wenn du die Temperaturen auf dem Chip in Grenzen halten willst...
Sonst bleibt ja immer noch das "Verheizen". Kann man machen. Ist lange nicht so teuer, wie die T5 oder die HQI. Es geht aber besser und billiger.
Die Chips halten aber sehr hohe Temperaturen aus. Man muss nicht Wasser kühlen.

Gruß
Martin

Zitat von rossi

---

Martin,

du scheinst die Kurven überhaupt nicht zu lesen.

Also unbelastet mit 10 mA => 23 °C Sperrschichttemperatur
Belastet mit 1000 mA => etwas über 50 °C Sperrschichtemperatur und zwar wenn der Lüfter aus ist
Belastet mit 1000 mA => in der Gegend von 25 °C Sperrschichtemperatur und zwar wenn der Lüfter an ist

Mit deiner Wasserkühlung bist du genauso gut....auch bei dir liegt die Sperrschichttemperatur um die 30 °C

Schau es dir nochmal an

---

Hallo Wolfgang,
ich lese schon, aber:
********************************************
Belastet mit 1000 mA => etwas über 50 °C Sperrschichtemperatur und zwar wenn der Lüfter aus ist
Belastet mit 1000 mA => in der Gegend von 25 °C Sperrschichtemperatur und zwar wenn der Lüfter an ist"
*********************************************
ist doch überhaupt nicht aussagefähig, wenn es sich nicht um stationäre Zustände handelt. Und wenn es sich um stationäre Zustände handelt, bleibt die Betriebsart des Lüfters im Dunkelen. Wie dreht er denn nun und was ist das für ein Lüfter? Das Alles geht aber aus deiner Beschreibung für mich nicht hervor.
Also entschuldige, aber wenn ich deine Messergebnisse für voll nehme, braucht man nur deine KK und gar keine Lüfter (zulässige JT 140 GrdC). Das halte ich denn aber für gewagt.
Einfach mal überlegt:
Umgebung 23 GrdC, Sperrschicht(?) 25 GrdC, 7 Watt Wärme, die pro 10 Watt-Modul abzuführen sind. Das ist ja beinahe ein Perpetuum Mobile.
Verzeih mir meine Skepsis, aber meine Erfahrungen sehen da ganz anders aus.
Gruß
Martin

Zitat von rossi

---

Hi Martin,
deine Skepsis in allen Ehren....aber du hast die Junktiontemperatur noch net ermittelt. Aus früheren Diskussionen weißt du, das ich auch mal ganz anders gedacht hab und die Junktion gleich oder höher der Oberflächentemperatur angenommen habe.

Nochmal zum Versuchsaufbau:
Die LED war auf dem Kühlkörper mit guter Wärmeleitpaste festgeschraubt. Sie wurde an konstant 12 V betrieben und der Strom langsam erhöht. Angefangen mit 10 mA (um zu sehen ob der Messstrom schon zur Temperaturerhöhung beträgt...tut er nicht)
und dann in 125 mA Schritten bis zum Ende 1000 mA erreicht wurden. Bei den einzelnen Werten wurde mindestens 1 Stunde gewartet bis die Temperatur auf der Lötfahne der LED, auf der Trägerplatte der LED und direkt daneben auf dem Kühlköper ermittelt wurden. Seh dir das Bild nochmal an. Gleichzeitig wurde über die Spannungsdifferenzmethode die Junktiontemp ermittelt. Alternativlos, weil du kommst ja nicht direkt an die Sperrschicht.
Bitte jetzt nicht verwechseln mit der Kruzformel, die die Temperatur auf der Lötfahne mit einbezieht.
Diese Messungen habe ich vorgenommen mit KK....mit KK und Lüfter und auch ohne jegliche Kühlung.
Die Werte ohne Kühlung hast du ja bisher net bezweifelt. Also geh ich davon aus das die Fühler die richtige Temperatur gemessen haben.

Was die 7 Watt betrifft....ja, wir hatten auch Zweifel. Deswegen auch der Betrieb bis 3 A
Eigentlich hätte sich doch die LED verabschieden müssen....aber sie lief eine Stunde so !!!

Nur den Kühlkörper zu nehmen??...Nein, bei über 50°C hab ich wenig Spielraum, wenn die Außentemperaturen nicht 25 sondern 35 °C werden.....dann hab ich schon 60 °C Junktion.

---

Hallo Wolfgang,
60 GrdC JT sind laut Hersteller noch nicht mal die Hälfte des zulässigen Wertes.
Vielleicht einigen wir uns dennoch erst mal darauf, was wir unter der Junction-Temperatur verstehen, oder besser noch, was die Hersteller darunter verstehen. Ich bin bisher davon ausgegangen, dass die JT die Stelle zwischen Verbindungsfläche des Chips und dem Träger bezeichnet, nicht die Temperatur der Sperrschicht im Chip.

Gruß
Martin
Letztere ist ohnehin nicht direkt messbar. Selbst wenn du den Chip demontierst, kommst du dort nicht ran...

Hier mal ein Auszug aus Wikipedia zum Thema:
********************************
Im Halbleiterbauteil selbst tritt ein Wärmewiderstand zwischen Chip und Gehäuse-Kühlfläche auf. Er wird vom Hersteller mit RthJ/C (von engl. Junction/Case) angegeben.

Die Montage selbst und möglicherweise ein Wärmeleitpad verursachen weitere Wärmewiderstände. Befindet sich der Kühlkörper innerhalb eines Gehäuses oder eines Baugruppenträgers, so ist zu beachten, dass er die Wärme an Luft abgibt, deren Temperatur möglicherweise deutlich über der Temperatur der Umgebung liegt.

Aus der Verlustleistung P_{,} und der Summe aller Wärmewiderstände R_{th} kann die Temperaturdifferenz Delta T zwischen Chip und der Umgebung des Kühlkörpers berechnet werden:
**********************************