Berechnung der Wärmeabgabe einer HP-LED (zur Kühlkörper auslegegung)

    Hi Leute


    Da ich in meiner Wohnung einiges auf HP LED beleuchtung umstellen möchte, benötige ich hilfe umd die Verlustleistung einer LED zu berechnen.


    Als LED werde ich wahrscheinlich eine Cree XP-G R5 nehmen. Beim Kauf eines Kühlkörper ist ja der "Rth" Wert (K/W) entscheidend. Je niedriger dieser ist umso besser ist die Wärmeableitung einer LED.


    Nur welche Daten aus dem Cree Datenblatt benötige ich, um bei einem Betrieb von 700 mA zu berechnen, ob der Rth-Wert eines passiven Kühlkörpers ausreichend ist?


    Hoffe mir kann jemand helfen.


    Gruß mattmaster

    Den Wert der Spannung bei ca.700mA um auf die Leistung zu kommen. Wenn du mit der aufgenommenen Leistung rechnest hast du noch etwas Reserve ;)
    Den Wärmewiderstand der LED ( 6 K/W), die von dir angestrebte Chiptemperatur und die Umgebungstemperatur.

    Die zu erwartende Chiptemperatur ist gleich der Umgebungstemperatur plus der Summe der Wärmewiderstände mal der Leistung, nach dem Wärmewiderstand des gesuchten Kühlkörpers umgestellt ^^

    und vergiss nicht den Wärmewiderstand des Wärmeleitklebers/pads/paste. Dafür gibts vom Hersteller auch Angaben, allerdings ist bei Kleber und Paste das Problem, dass der Wärmewidestand natürlich abhängig von der Schichtdicke ist, und die ist schwer zu schätzen.
    Grüße, Meddle

    Am besten du schaust wie groß der KK maximal werden kann und rechnest dann aus obs passt. Zu viel Kühlung gibbet nämlich nicht :P
    Wenn du dich an den maximalen Chiptemperaturen orientierst braucht er nicht groß sein, die Lebensdauer wird aber natürlich drunter leiden. Wichtig bei den Berechnungen ist, nicht die durchschnittliche Umgebungstemperatur zu verwenden, sondern die maximale und die Übergangswiderstände von LED zu Gehäuse incl. Star KK und WLK

    Ich hab jetzt folgendes ausgerechnet:


    Junction Temperatur laut Hersteller = 150 ° C
    Durchschnittliche Umgebungstemperatur = 25 ° C
    Sicherheit = 30 ° C
    Leistung: 0,7 A * 3,2 V = 2,24 Watt
    innere Wärmewiderstand der LED = 6 K/W



    Rechnung:
    150 K - 25 K - 30 K = 95 K
    95 K : 2,24 W = 42,4 K / W


    42,4 K / W - 6 K / W = 36,4 K/W


    Ist das so richtig?
    Ich brauche einen Kühlkörper der höchstens einen Rth Wert von 36,4 K/W hat? Kommt mir irgendwie sehr hoch vor.
    Star und Wärmeleitkleber / - Pad hab ich nicht berückstigt, da ich noch nicht weiß was ich nehme :P


    Falls was falsch ist bitte korrigieren.

    Also meiner Meinung nach ist der Wärmeleitkleber auf jeden Fall besser wie die Pads. Ich nehme Pads nur um was auszutesten (oder wenn der Kleber alle ist :D )


    Je dünner der Kleber, desto besser kann die Wärem an den Kühlkörper weitergegeben werden.

    Ich tendiere eher zu Wärmeleitpaste (hab ich auch noch von Computerprozessoren hier) und würde die LED mit Starplatine festschrauben. So kann ich auch mal wenn was defekt ist ohne gewalt austauschen.


    Aber die Rechnung ist so Richtig? Ich habe auf der Fischer Elektronik Seite schon einige auch optisch schöne Profile gesehen, komischerweiße funktioniert die seite an meinem Rechner nicht :(
    Ich hab schon oft gelesen dann es mit passiv Kühlkörper bei 700 mA knapp werden könnte. Die Profile die ich gesehen habe hatten aber fast alle Rth unter 5 K/W

    Die Rechnung stimmt so. Der errechnete Wert wird ja noch etwas kleiner, wenn Kleber/Star/Paste berücksichtigt werden, aber so unrealistisch ist das nicht. Zusätzlich musst Du aber bedenken, dass der Kühlkörper bei dieser Auslegung 20°C+2,24W*36,4K/W=102°C heiß wird. Für LED und Kühlkörper kein Problem, nur anfassen solltest Du nicht mehr...

    Im Photonik-Artikel steht dazu folgendes:

    Zitat

    Steigt bei LEDs mittlerer Helligkeitsgruppen die Arbeitstemperatur Ts von 25°C auf ca. 85°C, fällt die mittlere Lebensdauer bereits auf ein Fünftel, also von ca. 50 000 auf nur mehr 10 000 Betriebsstunden. Im grenzwertigen Einsatz bei Ts~=150°C und Tj~=175°C bricht die mittlere Lebensdauer sogar auf nur noch 100 Betriebsstunden ein.

    Wir sind nach der aktuellen Rechnung bei Ts=Tj-Rth(LED)*P=120°C-6K/W*2,24W=107°C, also vermutlich ein paar 1000 Betriebsstunden. Wäre bei durchgehend brennender LED dann wohl etwas knapp.

    Also doch lieber bei 350 mA betreiben und mehr LED´s nehmen?!
    Bei guter Kühlung wird sie doch nicht 107° C heiß?


    Ich hab mal ausgerechnet.
    Bei 350 mA wären es 1,05 Watt und 84,5 K/W


    Wenn ich nen Kühler mit Rth = < 3 K/W nehme, komme ich doch nicht über 100° C

    Schaut mal hier:


    [Blockierte Grafik: http://img180.imagevenue.com/loc850/th_98918_DSC00090_122_850lo.JPG]


    Deckenfluter mit 3x 4 Cree XRE-Q4@700mA passiv gekühlt, ist zwar nicht der aktuellste Stand, da ich noch ein paar löcher gebohrt habe, aber im großen und ganzen hat sich am aufbau nichts geändert. Durch die Löcher habe ich ganz ordentlich Luftzug drin, aber OHNE Lüfter, aber das ganze wird bald eh Vorgestellt, daher hier nicht allzuviele details. Bild ist vor dem 1. Test entstanden, mit den blauen Klebeband ist ein Thermoelement fixiert, um die LED-Temp zu messen

    Das was du ausgerechnet hast ist der maximale Wert den der Kühlkörper haben darf um ein überleben der LED zu sichern.


    Wenn der K/W Wert des KK kleiner ist, ist das nicht schlimm sondern gewollt.
    Such dir einen baulich passenden KK aus und rechne mit dem K/W Wert als Gegenprobe die zu erwartende Chiptemperatur aus. Je niedriger die ist um so besser.

    Meinst du mit Durchzug einen Kamineffekt? Heiße Luft steigt nach oben und zieht kalte Luft nach?
    Was für Temperatur hast du denn gemessen?

    Zitat von SBN89

    Schaut mal hier:


    [Blockierte Grafik: http://img180.imagevenue.com/loc850/th_98918_DSC00090_122_850lo.JPG]


    Deckenfluter mit 3x 4 Cree XRE-Q4@700mA passiv gekühlt, ist zwar nicht der aktuellste Stand, da ich noch ein paar löcher gebohrt habe, aber im großen und ganzen hat sich am aufbau nichts geändert. Durch die Löcher habe ich ganz ordentlich Luftzug drin, aber OHNE Lüfter, aber das ganze wird bald eh Vorgestellt, daher hier nicht allzuviele details. Bild ist vor dem 1. Test entstanden, mit den blauen Klebeband ist ein Thermoelement fixiert, um die LED-Temp zu messen

    Zitat von mattmaster

    Meinst du mit Durchzug einen Kamineffekt?

    Einen Kamineffekt gibt es - wie der Name schon sagt - als solchen nur in Kaminen. Bei einen paar Zentimetern kann man da nicht viel erwarten - man bedenke wie heiß ein Ofenfeuer und dessen Abgase sind, und wie lang ein Kamin ist. Vergleich das mal mit so 'nem popeligen Kühler - nix passiert da ;)


    Wenn überhaupt kann man hier von allgemeiner Konvektion sprechen.


    Edit://


    SBN89


    Sei doch mal bissl sparsamer mit der WLP! Erstmal ist das Zeug schweineteuer (gute jedenfalls) und zum Zweiten wirkt das Zeug in dieser Dicke wahrscheinlich schon äußerst kontraproduktiv...