Lebensdauer in Abhängigkeit des Betriebsstromes?

  • Hallo,


    ich hätte die folgende Frage:


    Wie verhält sich die Lebensdauer einer Hochleistungs-LED in Abhängigkeit von dem Betriebsstrom?


    Dass eine LED effizienter ist, je weniger Strom man durch die LED schickt, ist ja klar. Aber wie verhält es sich mit der Lebensdauer? Wahrscheinlich wird sie auch länger. Aber um wieviel?


    Z.B., wenn ich den Strom, den ich durch die LED schicke halbiere, also z.B. nur 100 statt 200mA oder 350mA statt 700mA durchschicke, verdoppelt sich dann auch die Lebensdauer? Sprich, verdoppelt sich der L70-Wert? Oder mehr oder weniger als das doppelte?


    Wäre ja eine unerlässliche Frage, wenn man sich Lösungen für eine wirtschaftliche, Langzeitanwendung überlegt.


    Meine Frage bezieht sich übrigens NUR auf MONOCHROMATISCHE LEDs, also ohne Fluoreszenzschichten!


    Danke Euch!

  • Das Problem liegt bei der höheren Wärmeentwicklung, die aus dem höheren Strom resultiert. Ist die Kühlung gut und wird die LED innerhalb der Spezifikationen betrieben, sollte es keine großen Unterschied geben. Meist ist aber der Wärmewiderstand zwischen Led, Platine und Kühlkörper so hoch, dass man handelsübliche Alu-Starplatinen nicht viel mehr als 5 Watt zumuten sollte. Aber dafür gibt es spezielle Platinen mit " Direct Thermal Pads".


    Siehe auch der Wikipediaeintrag Leuchtdioden -> Alterung

  • vielen Dank ihr beiden.


    ich habe eine wichtige Angabe vergessen zu machen. Und zwar betreibe ich die Leds mit einer hohen Kühlleistung, d.h. sie werden direkt an einen sehr filigranen Kupferkühlkörper ohne Sternplatine geklebt. Auf dem Kupferkühlkörper wird ein leistungsstarker Lüfter befestigt.


    Somit gehe ich mal (ich hoffe ich bin nicht naiv) davon aus, dass die Gehäusetemperatur der LED sich bei etwa Raumtemperatur befinden wird, egal ob ich sie mit 100mA, 300mA oder 700mA betreibe.


    Wenn ich sie mit weniger Strom betreibe, profitiere ich natürlich vom höheren Wirkungsgrad. Wenn allerdings die Lebensdauer nicht signifikant verlängert wird, geht die Kostenrechnung nicht wirklich auf da ich entsprechend mehr LEDs kaufen müsste, um auf die gleiche Lichtleistung zu kommen (wenn diese dann jedoch z.B. 3 oder 4 mal länger "leben" würden, würde das dann natürlich wieder Sinn ergeben).


    Wegen solcher Überlegungen brauche ich eine ungefähre Info, wie Strom und Lebensdauer sich bei fast gleicher Gehäusetemperatur verhalten.


    offizielle Datenblätter, wie die von dir, Cossart, beziehen sich leider oft auf die Temperaturänderungen. Und auch auf weiße LEDs, wo dann die Alterung der Fluoreszenz-Schicht wieder eine Rolle spielt (ich benutze nur monochromatische).

  • In erster Näherung kannst du bei deiner "perfekten" Kühlung davon ausgehen, dass die Gehäusetemperatur auf Raumtemperatur bleibt. Da du aber den Wärmeübergang vom Gehäuse zum Chip nicht verbessern kannst, hängt die CHIP-Temperatur von deinem Strom ab. Aber wir reden hier von 2,5K/W (Highpower wie bspw Cree XM-L2) bis 20K/W (Midpower wie bspw Nichia 757 (mehr als 0,5W gehen hier sowieso nicht)). Diesen "Aufpreis an Temperatur" kannst du mit deinem Strom beeinflussen, aber solange du hier im Rahmen (<= typischer Strom) bleibst wirst du kaum einen nennenswerten Unterschied bemerken.


    In deinem Szenario kannst du zumindest von einem relativ sicher ausgehen: Bevor deine LEDs an Altersschwäche sterben möchtest du neue haben, die effizienter sind ^^

  • Servus…


    Und auch auf weiße LEDs, wo dann die Alterung der Fluoreszenz-Schicht wieder eine Rolle spielt (ich benutze nur monochromatische).


    Die verlinkten Papers von Philips nennen auch Daten für monochromatisch royal-blaue LEDs. Mein Vorredner nennt in seiner Betrachtung zwar den internen Wärmewiderstand der LED vom Chip zum Gehäuse, vergisst aber den Wärmewiderstand der Montierung. Meist sind das Star-Platinen und deren Wärmewiderstand ist oft deutlich größer als der der LED selbst. Im blauen Forum hat mal jemand recht trickreich den Gesamtwärmewiderstand von LED+Starplatine bestimmt. Auch wenn der Kühlkörper wirklich kühl bleibt, kann sich die Sperrschicht recht beträchtlich über Kühlkörpertemperatur erwärmen.


    Grüße
    Robert


  • Mein Vorredner nennt in seiner Betrachtung zwar den internen Wärmewiderstand der LED vom Chip zum Gehäuse, vergisst aber den Wärmewiderstand der Montierung. Meist sind das Star-Platinen und deren Wärmewiderstand ist oft deutlich größer als der der LED selbst.


    Meinst du mich?

    Meist ist aber der Wärmewiderstand zwischen Led, Platine und Kühlkörper so hoch, dass man handelsübliche Alu-Starplatinen nicht viel mehr als 5 Watt zumuten sollte. Aber dafür gibt es spezielle Platinen mit " Direct Thermal Pads".

  • In erster Näherung kannst du bei deiner "perfekten" Kühlung davon ausgehen, dass die Gehäusetemperatur auf Raumtemperatur bleibt. Da du aber den Wärmeübergang vom Gehäuse zum Chip nicht verbessern kannst, hängt die CHIP-Temperatur von deinem Strom ab. Aber wir reden hier von 2,5K/W (Highpower wie bspw Cree XM-L2) bis 20K/W (Midpower wie bspw Nichia 757 (mehr als 0,5W gehen hier sowieso nicht)). Diesen "Aufpreis an Temperatur" kannst du mit deinem Strom beeinflussen, aber solange du hier im Rahmen (<= typischer Strom) bleibst wirst du kaum einen nennenswerten Unterschied bemerken.


    In deinem Szenario kannst du zumindest von einem relativ sicher ausgehen: Bevor deine LEDs an Altersschwäche sterben möchtest du neue haben, die effizienter sind ^^


    Okay, ich werde mal etwas konkreter: Meine Leds werden sehr sehr lange an sein und es kommt auf jedes mW Lichtleistung an, die abgegeben wird. Ich suche die wirtschaftlichste Lösung.


    Bis vor 1 Woche war ich fest davon überzeugt, dass ich am besten abschneide wenn ich so wenig Strom wie möglich durch die Led schicke, weil sich dann der Wirkungsgrad erhöht. Zwar müsste ich dann viel mehr Leds einkaufen, um auf den benötigten Lichtstrom zu kommen, aber gesparten Stromkosten würden es früher oder später wieder rausholen.


    Dabei habe ich jedoch gar keine Überlegungen zu den Lebensdauern gemacht. Angenommen, eine Led würde den gleichen L70-Wert haben (und ich schmeiße die Leds weg wenn der L70-Wert erreicht wurde) egal ob ich 175mA oder 350mA durchjage, dann würde das auch bedeuten, dass eine mit 175mA betriebene Led in ihrem Leben auch nur die Halbe Menge Licht produziert hat. Dieser Nachteil würde wiederrum für die Wirtschaftlichkeit einer Led sprechen, die mit 350mA betrieben wurde.


    Würde sich der L70-Wert verdoppeln oder mehr, wenn ich die Led mit 175mA statt 350mA betreibe, so würde das ganz klar für die Wirtschaftlichkeit vom Betreiben mit weniger Strom sprechen.


    Deshalb ist für mich die Frage so wichtig, wie sich die Lebensdauer bei einer monochr. Led bei unterschiedichen Betriebsströmen verhält. Und leider weiß ich darüber bisher noch so gut wie garnichts.

  • Wenn man den Nick googlet kommt man ziemlich schnell darauf, worum es ihm geht ;)
    Und warum es monochromatisch blau und rot sein soll, ich nenne es mal eine "Pflanzenlampe"...


    In den Datenblättern von Cossart sieht man vielleicht nicht genau deine LED, aber eindeutig Tendenzen:
    z.b. Seite 19: da hat sich von 2000mA zu 3000mA bei 55° Gehäusetemperatur L90 von 25,500h zu 23,500h verringert, Temperaturerhöhung auf 85° wirkt da viel stärker: 25,5 zu 15,9kh.
    Auf Seite 22 ist es sogar andersrum: bei höherem Strom eine längere Lebenserwartung (?).


    Aber in allen Datenblättern zeigt sich, dass kühler deutlich wichtiger als weniger bestromt ist, was meist aber direkt zusammenhängt, bei dir mit einem großen Kühlkörper ggf aber kaum ins Gewicht fällt.


    Dass sich L70 verdoppelt bei halbiertem Strom, wage ich aber zu bezweifeln.
    Ich fahre mit ca 2/3 bis 90% des maximalen Stroms ganz gut, wie gesagt, achte eher auf die Temperatur - mehr als "gut Handwarm" soll es nicht werden.


    Bis die LEDs am L70 angelangt sind, ist der Wirkungsgrad neuer LEDs so groß gestiegen, dass es dann eher ein L40 ist (36000h Lebenserwartung sind vier Jahre dauerbrennen!)

  • Zitat

    ich nenne es mal eine "Pflanzenlampe"...


    Das nenne ich mal eine diplomatische Ausdrucksweise. :D


    Im Prinzip hast Du nochmals alles zusammengefasst, was zum Thema zu sagen ist.
    Ob cs1100101 das nach seinem ganzen "Pflanzenkonsum" noch versteht, ist eine ganz andere Frage. ;)

  • Vielen Dank Spidi für deinen Post, welchen ich sehr konstruktiv finde, im Gegensatz zu manch anderen hier.


    Vielen Dank auch nochmal an Cossart. Bei den Datenblättern stelle ich folgendes fest:


    - Leider beziehen sich beide auf weiße LEDs. Zwar ist bei dem von Philips auch die Royalblaue aufgeführt, aber wahrscheinlich nur, weil die die gleichen Chip verwendet. Ich gehe stark davon aus, dass die Flureszenzschicht die Eigenschaften einer Led so stark verändert, dass sie sich nicht mehr auf monochromatische übertragen lässt.
    Mir ist auch bei beiden Datenblättern aufgefallen, dass sich die Lebensdauern bei hohen Strömen und Temperaturen teilweise seltsam verhalten. Teilweise bleibt die Lichtleistung konstant oder verbessert sich tatsächlich sogar über die Zeit.
    Leider fehlen auch bei beiden Datenbättern interessante Langzeittests gerade bei <50 ºC und Niedrigströmen (Bei Cree steht da nur noch >36,300h und Philips hat nur bis 10.000h getestet).


    Wahrscheinlich liegt das aber auch daran, dass keiner sich bisher die Mühe gemacht hat, solche Tests durchzuführen, da die zeitlichen Dimensionen dort einfach viel größer sind und die Tests entsprechend teurer werden. Vielleicht auch mangels an Interesse. Oder die Leds gibt es noch nicht lange genug und die Tests laufen noch an (wenn 36000h 4 Jahre ergeben!?). Möglicherweise interessiert sich also niemand mehr für die Leds, wenn die Tests abgeschlossen sind oder man geht davon aus ^^


    Ich möchte meine Recherchen nun langsam beenden und komme für mich zu dem Schluss, dass das Thema Langzeitdegradation bei guter Kühlung und Niedrigströmen im moment noch ein kleines Mysterium zu sein scheint und komme außerdem zu der Entscheidung, die Leds (z.B. die Golden Dragons von Osram (max. Strom = 1A)) bei etwa 300mA zu betreiben, weil ich dort dort z.Z. das Optimum aus wirtschaftlicher Sicht sehe.


    Ich danke Euch allen für die Teilnahme hier! vielleicht melde ich mich nochmal wenn es Neuigkeiten gibt... oder ich stelle die gleiche Frage hier in 5 Jahren noch einmal hier. Vielleicht mit eigenen Testergebnissen ;-)


    [ModEdit: völlig nutzlosen Fullquote entfernt ...]

  • Servus…


    …und komme außerdem zu der Entscheidung, die Leds (z.B. die Golden Dragons von Osram (max. Strom = 1A)) bei etwa 300mA zu betreiben, weil ich dort dort z.Z. das Optimum aus wirtschaftlicher Sicht sehe.


    Wenn es mir darauf ankäme, würde ich moderne LEDs verwenden, die einen deutlich höheren Wirkungsgrad besitzen und den LED-Dinosaurier Golden Dragon dahin verfrachten, wo er hingehört.


    PS. Zu einer Dröhtannenleuchte gehört nicht nur blau und rot.