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DIY - LED

Dieses Thema im Forum "Technik" wurde erstellt von LarsP, 25 August 2014.

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  1. LarsP
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    LarsP LED-Erleuchteter Spezial Mitglied GF Supporter

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    LarsP 25 August 2014
    Hallo,


    ich habe ja hier von meinem neuen Projekt ‚DIY-LED‘ erzählt und wurde gefragt, ob ich das nicht mal genauer erklären könnte. Per PN hat ja nur einer was davon, deswegen berichte ich hier mal über die Planung und den Aufbau meiner LED.


    Eigentlich ist das ganz einfach... Aber das ist glaube ich relativ. Ich komme aus dem technischen Bereich und habe schon in der Entwicklung gearbeitet, also sehe ich das wohl anders als andere und einem Ingeniööör ist ja eh nichts zu schwööör… :innocent:
    Allzuviel Erfahrung habe ich in diesem Bereich noch nicht. Ich weiß aber schon, wer hier mitlesen wird und mir auf den Deckel haut, wenn ich Quatsch mache oder Mist erzähle! Danke schon mal dafür!


    Ganz unvermittelt ist mir ein 40x25x25cm Becken unter den Arm gehüpft. Da war noch nicht klar, wie das Setup den nun aussehen soll und ich habe erst einmal eine 11W Fluval drüber gemacht. Eine LED soll aber drauf. Da ich schon mal welche gebaut habe wollte ich dieses Mal auch wieder basteln.

    Ich hoffe, dass die Screenshots aus den Datenblättern ok sind, da sie ja frei verfügbar sind und ich die Quelle angegeben habe.

    Wie bin ich denn nun an die Sache ran gegangen:

    Ermittlung der gewünschten Beleuchtungsstärke in Lumen über:

    http://www.flowgrow.de/db/lightcalculator

    Ich mag es hell, deswegen gehe ich bei LED auf > 40 lm/L.
    In dem Scaper's Tank habe ich 48 lm/L, im Cube 36 lm/l. Im Cube könnte es etwas mehr sein. Bei dem neuen Projekt bin ich auf 54 lm/l gelandet.

    Wichtig bei der Planung ist die Beckentiefe. Bei tiefen Becken muss man noch mit Linsen arbeiten, damit auch am Boden genug Licht ankommt. Da reicht diese einfache Berechnung nicht.

    Welche Lichtfarbe? Das ist wohl eine Geschmacksfrage, so lange es nicht zu extrem wird. Mir gefallen die 7.000K der Daytimes. Auch früher bei den großen Aquarien hatte ich Immer Osram 865 oder 965, 6.500k drauf. Also bleibe ich in dem Bereich 6.500 k - 7.500k.

    Als nächstes schaue ich nach den LED's die ich verbauen möchte.
    Es gibt da mehrere Varianten. Man kann ganz einfach mit LED-Stripes arbeiten. Da sind z.B die 50cm 5630 SMD LED-Stripes (aka Rigid Stripes) zu nennen. Die gibt es in der elektronischen Bucht günstig. Sie werden auch gerne für Kleinprojekte genommen. Der elektrotechnische Aufwand ist sehr gering. Einfach ein passendes 12V Netzteil ran und fertig ist es. Ich vertraue denen nicht so wirklich. Viele berichten von unterschiedlichen Lichtfarben, Beleuchtungsstärke wird mit 720 lm - 1620 lm angegeben. Das ist schon ein sehr großer Bereich. Nach Erfahrungsberichten sollen sie wohl eher im unteren Bereich angesiedelt sein. Richtig planbar sind sie deswegen für mich nicht, wenn ich z.B. zwischen 2 und 4 Stripes für 3.000 lm setzten muss.

    Deswegen mag ich dann qualitativ höherwertige LEDs. Da gibt es dann viele Hersteller. Ich mag das Rundumpaket von Cree. Und da gehts nun auch mal hin.

    Als erstes stellt man mal den Strombereich auf Grob -> Current Range = Coarse (0.15A - 2.0A).

    CreeTool1.JPG

    Quelle Cree


    So, nun kann man unter Target Lumen seine gewünschte Beleuchtungsstärke einstellen. Bei meinem Projekt habe ich ca. 40 lm/L ermittelt, also ca. 1000lm.
    Nun benötigt man ein wenig Vorwissen oder Forscherdrang. Es gibt so viele LED-Typen. Ich habe mir die "Cree XM-L2 T6-0D 10W 1150LM 6500-7000K LED Emitter on 20mm Star Base" ausgewählt, da sie günstig zu erhalten ist (letzte Bestellung 2,86€ pro Stück), von der Lichtfarbe her passt (Cool white 6.500K 7.000K) und eine sehr gute Effizienz hat.

    Aus dem Datenblatt:
    Datenblatt1.JPG

    Je nach dem mit wie viel Strom man sie betreibt macht sie bis zu 175 lm/W! Das ist zwar bei unrealistischen 150mA aber auch bei realistischen Werten ist sie sehr effizient. 700mA = 154,7lm/W, 1.050mA = 143,2lm/W.
    Aber noch mal zurück zur Typenbezeichnung. Die ist nämlich bei Cree sprechend. Was heißt das nun?

    Cree XM-L2 T6-0D 10W 1150LM 6500-7000K LED Emitter on 20mm Star Base

    XM-L 2 ist der Typ
    T6 ist die Performancegruppe. Platt gesagt je höher der Buchstabe im Alphabet und je höher die Zahl, desto mehr Lumen macht die LED pro Watt. Getestet wird das bei 700mA.

    Aus dem Datenblatt:
    Datenblatt2.JPG


    0D ist nun die Farbe. Das schaut man sich am besten im Datenblatt an. Das sind Tabellen und Diagramme über 4 Seiten. Kurz: 0D ist zwischen 6.500K und 7.500K.

    Aus dem Datenblatt:
    Datenblatt3.JPG



    Jetzt haben wir eine LED ausgewählt. Wie viele brauchen wir nun davon?
    Wir stellen also nun die ausgewählte LED in dem Planungstool ein. Man kann da auch mehrere Typen einstellen um sie untereinander zu vergleichen.

    CreeTool2.JPG
    Quelle Cree

    Nun schauen wir mal wie viel Lumen die LED bei den getesteten 700mA macht.

    CreeTool3.JPG

    Es sind 381,9 Lumen. Wir wollen gut 1.000lm haben, also 1.000 / 318 = 3,14 LED's. Mehr Licht schadet nicht also stellen wir mal bei LED Multiple ‚4‘ ein.

    CreeTool4.JPG

    Das schaut schon mal ganz gut aus! 700mA, 1357lm, effizient ist es auch noch mit 154 lm/W und wir benötigen 11,78V. Die Leistung wäre dann 8,249W.

    Nun sind wir schon bei dem Thema 'Befeuerung'.
    Einmal kann man die LED’s mit Vorwiderstand betreiben. Das ist aber nicht sehr effizient, da man dann ja mit dem Widerstand den Strom einstellt und an ihm Leistung verbrät.

    Interessanter ist da schon eine Konstantstromquelle. Hier wird der Strom konstant gehalten und die Spannung passt sich an. Hier findet man in den Berichten und Empfehlungen immer wieder den Hersteller Mean Well. Also legen wir uns mal auf den Hersteller fest. Alle anderen gehen natürlich auch.

    Mit den Randbedingungen ~10Watt, 11,78V und 700mA stöbert man nun mal durch die Angebote. So richtig was passendes habe ich nicht gefunden. Allerdings passt die MW PLM-12-1050 mit 7 – 12V, 12W und 1050mA bis auf den Stromwert schon sehr gut.

    Wie schaut es also bei 1050mA aus?

    CreeTool5.JPG

    Bisschen viel Licht (74lm/L), bisschen viel Watt. Also probieren wie es einfach mal mit einer LED weniger.

    CreeTool6.JPG

    Das passt doch prima! 1370lm, also 54lm/L, 9,11 V und 9,567W. Alles im Bereich der Konstantstromquelle.

    Nun müssen wir die Abwärme der LED’s wegschaffen. Also muss ein Kühlkörper her. Den kann man hochwissenschaftlich berechnen oder man nimmt auch dafür Onlinetools. Die sind fast alle bei Lieferanten, also ist da ein Link nicht drin, aber man findet sie per Google ganz gut. Als abzuführende Wärmeleistung nehme ich die komplette Leistung. Das ist zwar nicht 100% korrekt, aber einfacher und lieber ein zu großer Kühlkörper als ein zu kleiner. Ebenso dimensioniere ich den Kühlkörper auf die nächste Konstranstromquellen Größe, wenn ich mir mit der Beleuchtungsstärke (lm) nicht so sicher bin. Dann kann man wenn die Leuchte nicht genug Licht macht einfach die Konstantstromquelle austauschen.

    Grundsätzlich muss man sich nun über den Aufbau der Leuchte Gedanken machen.
    Man kann die LED’s mit einem Kühlkörper pro LED kühlen oder einen Strangkühlkörper alle LED’s auf einmal kühlen. Das hängt nun von dem Aufbau der Leuchte ab.
    Einfacher ist es, einen Strangkühlkörper in den Aufbau zu integrieren. Da muss man sich nur noch überlegen, wie man dann den Kühlkörper als LEDträger auf dem Becken befestigt. Als Beispiel mal von einer Beleuchtung, die ich für ein 130x60x50 Becken gebaut habe. Hier habe ich zwei 120cm Kühlkörper einfach über Acryl-Winkel auf das Becken gestellt. Leider habe ich keine Fotos und das Becken steht 350km weit weg.

    400L1.JPG
    400L2.JPG
    Die Winkel sind einfach mit Schrauben seitlich an dem Kühlkörper befestigt. Der Kühlkörper ist der gesamte Leuchtenträger.

    Bei dem jetzigen Projekt arbeite ich ein wenig mehr mit Acryl. Ausgesucht habe ich mir dem SK42/75/SA Kühlkörper mit 200x75x25mm von Fischer.
    Das ganze sieht dann so aus:

    25l1.JPG 25l2.JPG
    Auf jeden Fall sollte man sich vorher mal veranschaulichen, wie die Lichtkegel so sind. Eventuell muss man mit Linsen arbeiten (vor allem, wenn das Becken sehr tief ist) oder die LED’s auf mehrere Leuchtbalken aufteilen.
    Mit dem 120° Abstrahlwinkel schaut das dann so aus:

    25l3.JPG

    Soweit gefällt alles und die Teile sind im Zulauf. Die LED’s sind in Asien bestellt, haben also eine längere Lieferzeit, dafür spart man 2/3 gegenüber deutschen Shops.
    Werde hier weiter berichten und auch den Aufbau dokumentieren, wenn dann die Komponenten angekommen sind.



    LG

    Lars
    Zuletzt bearbeitet: 25 August 2014
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  3. shrimpfarmffm
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    shrimpfarmffm 25 August 2014
    Ein super Beitrag Lars! Danke :)
  4. LarsP
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    LarsP LED-Erleuchteter Spezial Mitglied GF Supporter

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    LarsP 25 August 2014
    Vielen Dank!
    Eventuell hilft es ja dem einen oder anderen sich auch an so ein Projekt zu wagen. So schwer ist es gar nicht!
    Und hier habe ich ja im Endeffekt nur mal zusammengepinnt, was ich die letzten beiden Tage so nebenher gemacht habe.

    LG
    Lars

    P.S.
    Da ihr Leser euch bestimmt die Frage stellt, was der Spass denn dann so kostet:

    1 Cree XM-L2 T6 0D - 2,86€
    Kühlkörper - 9,15€
    Konstantstromquelle - 14,20€
    Netzanschulussleitung - 0,95€
    Acryl - 19,63€
    Kleinkram wie Wärmeleitkleber, Acrylkleber, Schrauben, und was sonst noch so anfällt - 5€

    Alles in allem - 48,36€ plus Elan, Wollen und Antrieb für 1368lm.
    Zuletzt bearbeitet: 25 August 2014
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  5. bluetiger92
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    bluetiger92 GF-Mitglied

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    bluetiger92 25 August 2014
    Genial! Das wichtigste zusammengefasst, und wenn man sich in das Thema LED-Eigenbau einlesen will der perfekte Einstieg. Kostenmäßig ist das der Wahnsinn finde ich. In keinem anderen Bereich kann man so sparen (außer vielleicht Hardscape) wenn es um DIY in der Aquaristik geht. Vielleicht noch den ein oder anderen Sicherheitshinweis mit anbringen? Was mir nämlich bislang noch nicht so klar ist: Du wirst das Netzteil doch löten müssen oder zumindest die LEDS oder? Und wie ist das in Sachen LEDs vor Spritzwasser abschirmen? Wenn ich das Becken ohne Abdeckung betreibe wäre ja ein Schutz vor der Lampe nicht schlecht oder?
    Das ganze kommt genau zum richtigen Zeitpunkt.. Ich stell gerade meinen Einkaufswagen für ein neues Becken zusammen und die Beleuchtung lasse ich dann erstmal außen vor!
  6. LarsP
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    LarsP LED-Erleuchteter Spezial Mitglied GF Supporter

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    LarsP 25 August 2014
    Moin Max,

    Sicherheitshinweise...
    !ACHTUNG! Es wird mit Strom gearbeitet... Nein Spaß bei Seite.

    Ein wenig löten muss man schon. Das zeige ich später in der Aufbaudoku.
    Die hier ausgewählte Konstantstromquelle hat an der 230V und an der Ausgangsseite Schraubanschlüsse. Da müssen nur die Anschlussleitungen verzinnt werden bzw. mit Aderendhülsen versehen werden.

    Die ausgewählten XM-L2 sind ja auf Starplatine. Die wird mit Wärmeleitkleber auf den Kühlkörper geklebt. Dann müssen natürlich die Verbindungen der LED's (Reihenschaltung) gelötet werden.

    Das Thema Spritzwasserschutz... Kontrovers... Oder ich bin zu abgebrüht. Einmal haben wir da nur max 12V.
    Dann ist die Konstantstromquelle mit Überlastschutz durch Strombegrenzung und Kurzschlussschutz ausgestattet.
    Natürlich würde ich sie nicht absichtlich nass spritzen. Aber ich habe keinerlei Hemmungen die Leuchte ca. 8-10cm über der Wasseroberfläche zu betreiben ohne einen zusätzlichen Spritzschutz zu verbauen.


    LG
    Lars
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  7. pes74
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    pes74 25 August 2014
    Hallo Lars,

    ein toller Thread - sofort abonniert. Mach so weiter! :thumbup:
    Eine Frage habe ich dann aber zu dem Thema:
    Bietest Du die auch als Fertigbau an, so für die ganz Faulen und Unbegabten wie mich z.B.? :innocent: :whistling:
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  8. LarsP
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    LarsP LED-Erleuchteter Spezial Mitglied GF Supporter

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    LarsP 25 August 2014
    Danke Bernd,
    zu Deiner Frage: Wir sind hier nicht im Marktplatz. :cool:
    Aber ich denke nicht. Soooo viel Zeit habe ich dann doch nicht.
    Das siehst Du ja auch schon daran, dass erst die erste ist, die dann bei mir drauf kommt. Die anderen habe ich für meinen Vater gebaut, da eine LED mit 15.000 bis 20.000 Lumen fast unbezahlbar ist. Aber auch der musste und muss lange warten, bis es dann mal so weit ist.

    LG
    Lars
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  9. Rave
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    Rave GF-Mitglied GF Supporter

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    Rave 25 August 2014
    Der Lars... :D gestern haste mir noch PN angeboten und jetzt kommt schon so ein Hammer Thread. Richtig stark, grade für jemanden wie mich der von dem Thema null Plan hat.
    Ich bin echt gespannt wie das ganze dann in der Praxis weitergeht.

    Noch 2 Wünsche meinerseits dazu:
    1. wäre es schön wenn du 1-2 Sätze zum verlöten selbst verlieren könntest (muss man beim Lötkolben auf was besonderes achten, worauf kommts beim löten selbst an etc.), da ich noch nie einen Lötkolben in der Hand hatte
    2. Plexiglasbearbeitung. Womit verklebst Du die Einzelteile, wie bekommst Du die Schnittkanten wieder transparent etc.

    Aber Du machst das schon. Der Anfang ist ja schonmal mehr als gelungen :thumbsup:
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  10. LarsP
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    LarsP LED-Erleuchteter Spezial Mitglied GF Supporter

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    LarsP 25 August 2014
    Hallo Thomas,

    einiges kommt dazu bei der Aufbaudoku.
    Aber vor ab:
    Ich habe extra die XM-L2 auf Star-Platine gewählt, da man dann das Bauteil selber nicht mehr löten muss. Das ist ein wenig aufwändiger und man muss mehr aufpassen, weil man sonst die LED beschädigen kann.
    Bei der Star-Platine müssen dann nur noch die Leitungen aufgelötet werden. Das ist easy.

    Das Acryl habe ich zugeschnitten und mit polierten Kanten bestellt. Einzig den Einschnitt wo die Leuchte auf dem Beckenrand steht und den Ausschnitt für den Kühlkörper muss ich dann noch machen. Die Schnittkanten sieht man nicht. Sie werden ein wenig mit einem Dremel poliert.
    Zum kleben soll einfacher Sekundenkleber völlig ausreichen. Bis jetzt hatte ich immer Acrylkleber. Eventuell verschraube ich die Seitenteile auch. Weiß noch nicht. Das entscheide ich, wenn es vor mir liegt. Im 3D-CAD sieht das immer alles so prima aus. Ich muss das mal in der Hand haben. Die Seitenteile habe ich extra im 10mm bestellt um da zu Bohren und ein 4mm Gewinde rein schneiden zu können.

    LG
    Lars
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  11. Gamma85
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    Gamma85 GF-Mitglied GF Supporter

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    Gamma85 25 August 2014
    Vielen vielen Dank auch hier nochmal! Finde es bemerkenswert, dass du das so detailliert dokumentiert hast.

    Da das ja schon ähnlich der ADA-Leuchte wird googelt doch mal "chihiros aquasky" ich musste etwas schmunzeln... Selbst die Bezeichnung ist identisch. Preislich liegt die 30cm Variante bei 99$.
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  12. Frontag
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    Frontag 25 August 2014
    Hallo Lars,

    genau das richtige Thema zum richtigen Zeitpunkt!

    Ich plane auch gerade eine eigene LED Beleuchtung für meinen 63L Glasgarten. Ich habe 6 x 4W Smart Arrays mit jeweils 520lmbei 350mA bestellt. Dazu 2 Netzteile, sodass ich immer 3 Arrays einzeln schalten kann.

    Eine kleine Frage zwischendurch:
    Meine haben auch einen Abstrahlwinkel von 120°. Meinst du ich sollte da bei einer BEckentiefe von 35 cm schon Linsen verwenden?

    Desweiteren habe ich noch kein konkretes Konzept zur Halterung, da werde ich deinen Thread weiter gespannt verfolgen ;)
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  13. LarsP
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    LarsP LED-Erleuchteter Spezial Mitglied GF Supporter

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    LarsP 25 August 2014
    @Gamma85
    Jau... Habe ich nun auch gesehen. Ein kompletter Nachbau! Die Frage ist natürlich, was dort für LED's verbaut sind.
    Habe die 36cm für 99$ gefunden. Gut 90 lm/W zeigt keine gute Effizienz. Wenn die angegebenen Werte denn nun stimmen und nicht auch nur von ADA übernommen worden sind.

    LG
    Lars
  14. LarsP
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    LarsP 25 August 2014
    Edit:
    Neu wegen Missverständniss
    Also 35cm Tiefe auf jeden Fall ohne Linsen. Ein 30'er Cube ist ja auch 35cm Tief und da sind auch keine notwendig.

    Was für einen Kühlkörper nutzt Du? Wegen der Halterung. Eventuell gehen ja abgewandelte Winkel, wie ich sie auf das große Becken gesetzt habe.

    LG
    Lars
    Zuletzt bearbeitet: 25 August 2014
  15. Frontag
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    Frontag 25 August 2014
    Ich benutze pro Array jeweils einen Fischer SK 81 100mm x 100mm. Ich bin der Meinung das Sollte reichen.

    Gut, dann brauche ich Gott sei Dank noch keine Linsen. Habe ich doch richtig gerechnet :D
  16. LarsP
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    LarsP 25 August 2014
    Also musst Du 6 KK unterbringen? Da wird das natürlich nichts mit den Haltewinkeln.
    Eventuell so wie ich bei der kleinen? Wird natürlich nur mehr arbeit 6 Ausschnitte zu machen und Du müsstest im gesamten breiter werden. Das Acryl in meiner Planung ist 410mm x 8mm x 100mm.

    LG
    Lars
  17. Frontag
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    Frontag 25 August 2014
    Ich bin im Moment sogar fast am überlegen das ganze in 2 Halterungen unterzubringen, sodass ich praktisch pro Halterung 3 Kühlkörper habe.
  18. LarsP
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    LarsP 26 August 2014
    Hallo und willkommen bei der Exkursion Wärmemanagement bei LED’s,



    um die Wartezeit nicht all zu langweilig werden zu lassen und weil ich sagte, dass es weiter geht, wenn Komponenten da sind erzähle ich euch heute ein wenig über das Thema Wärmemanagement, denn der Kühlkörper ist da.

    2014-08-26-11.44.16.jpg

    Eine Hauptursache von LED-Ausfällen ist unsachgemäßes Wärmemanagement. Viele Leistungsmerkmale von LED-Komponenten werden durch die Betriebstemperatur beeinflusst.
    Wenn wir wieder mal in das Datenblatt der hier verwendeten Cree XM-L2 schauen, sind Lichtstrom (lm) und Farbtemperatur abhängig von der Sperrschichttemperatur (Tj). Aber nicht nur so offensichtliche Parameter sind von der Sperrschichttemperatur (Tj) abhängig. Eine erhöhte Sperrschichttemperatur (Tj) verringert auch die Lebensdauer der LED bis hin zur sofortigen Zerstörung.

    Eine hohe Temperatur sorgt also dafür, dass wir eine Farbverschiebung bekommen, dass die LED ineffizienter wird und schneller altert. Wir müssen dafür sorgen, dass der LED nicht zu warm wird. Hier wird es nun ein wenig technisch. Ich hole noch mal einen Screenshot aus dem Einführungspost hoch.

    CreeTool6.JPG

    Hier habe ich gesagt, dass die Leuchte wohl 1370 lm abgeben wird. Das ist allerdings nur die halbe Wahrheit. Bei der bisherigen Planung habe ich das Dropdownfeld Temperatur Tj ja noch gar nicht beachtet. Dort habe ich die Voreinstellung 25°C belassen. Diese Tj = 25°C, apropos, ab jetzt bleibe ich bei Tj. Wer bis hier gelesen hat, der hat Interesse und bereits gelernt, dass Tj die Sperrschichttemperatur ist. Also diese Tj = 25°C sind im Betrieb nur mit aufwendigsten Kühmaßnahmen zu erreichen, wenn überhaupt. Allerdings beziehen sich die meisten Angaben in den Datenblättern auf eine Tj. Es sieht natürlich immer besser aus, wenn man die guten Werte (z.B. Lumen) bei einer geringen Tj angibt, da sie mit steigender Tj abnehmen.

    Eine maximale Tj wird im Datenblatt mit Tjmax = 150°C angegeben.

    Welche Tj haben wir denn, wenn wir die LED einfach so mit den ermittelten Werten aus dem Planungstool und dem gewählten Kühlkörper betreiben und wie warm wird der Kühlkörper?
    Das kann man ganz einfach mit den folgenden Formeln errechnen.

    Tj = P ×(Rthjc + RthStar + RthWLK)/Anzahl + P × Rthkk + TUmgebung
    TKK = P × RthKK + TUmgebung

    Halt! Nicht flüchten! Gibt natürlich eine Erklärung dazu.

    - Tj, die Sperrschichttemperatur kennen wir ja schon

    - P ist die Leistung in Watt(W), zu errechnen aus Spannung (U) mal Strom (I)

    - Rthjc ist der Wärmewiderstand LED-Chip zu LED Gehäuse, aus dem Datenblatt 2,5 K/W

    - RthStar ist der Wärmewiderstand LED Gehäuse zu Starplatine. Dieser Wärmewiderstand wird leider von Cree nicht angegeben, oder ich konnte ihn nicht finden. Allerdings haben clevere LED-Bastler schon vorgearbeitet und diesen Wert mit 4,5 – 5,5 K/W ermittelt

    - RthWLK ist der Wärmewiderstand des Wärmeleitklebers. Der kann so nicht angegeben werden. Angegeben werden ein Wärmeleitwert von 7,5W/(m×K) und ein Wärmeleitkoeffizient 350,000W/m2.
    Zwar hätten wir mit dem Reziprok den Wärmewiderstand, da der Leitwert der Kehrwert des Widerstands ist, aber der ist dann ja von Schichtdicke und einigen anderen Faktoren abhängig.
    Wir nehmen der Einfachheit halber einfach mal den Wärmewiderstand von1 K/W an. Erfahrungswerten sprechen von 0,5 – 1K/W. Ich möchte großzügig dimensionieren.

    - Anzahl der LED’s = 3

    - RthKK ist der Wärmewiderstand Kühlkörper zu Umgebung. Den ermitteln wir aus den Kenndaten des Kühlkörpers
    SK42-75-SAKurve.JPG
    Der Kühlkörper ist 75mm breit, man kann ablesen, dass der RthKK ~1,2K/W ist

    TUmgebung ist die Umgebungstemperatur. Hier legen wir auf Maximale Umgebungstemperatur, also Raumtemperatur aus. Bei mir wird es gerne mal 27°C im Hochsommer, also nehmen wir diesen Wert.


    Fangen wir mal kein an und errechnen uns die Leistung (P).
    Die Spannung (U) ist ja für unseren Strom (I = 1050mA) im Planungstool angegeben, oder?
    Leider nicht ganz! Wenn man das Datenblatt der LED aufmerksam, liest findet man, dass die Spannung auch von der Tj abhängt. Blöde, denn die Spannung haben wir ja bei Tj = 25°C abgelesen.
    Weiterhin finden wir einen Temperaturkoeffizienten von -1,6mV pro °C. Die Spannung fällt also um 1,6mV pro 1K Tj. Nun brauchen wir Mut zur Lücke, Erfahrung und Fingerspitzengefühl. Wir nehmen jetzt einfach mal eine Tj von 85°C. Das ist ein Wert, der bei den anderen Angaben im Datenblatt herangezogen wird. Nun haben wir:

    Cree185Grad.JPG

    Das macht dann eine Leistung von P = U × I -> 8,82V × 1,050A = 9,261W.
    Wir können natürlich auch dem Planungstool glauben und die 9,265W übernehmen. :cool2:


    Weiter gehts!

    Tj = P ×(Rthjc + RthStar + RthWLK)/Anzahl + P × Rthkk + TUmgebung
    Tj = 9,261 ×(2,5 + 4,5 + 1)/3 + 9,261 × 1,2 + 27
    Tj = 62,8°C

    Hmm… Passt nicht genau, zeigt aber, dass wir auf dem richtigen Weg sind und mir reicht das so weit.

    Und die Kühlkörpertemperatur?

    TKK = P × RthKK + TUmgebung
    TKK = 9,261 × 1,2 + 27
    TKK = 38,12°C

    Nehmen wir nun die ermittelte Sperrschichttemperatur von ~61°C können wir mehrere Werte konkretisieren. Allerdings wieder nur näherungsweise, da wir ja die Leistung bei 85°C ermittelt haben. Veränderungen in der Leistung sind in dem Bereich zwischen 85°C und 65°C nur im Nachkommabereich. Der Genauigkeit ist für die Temperaturbewertung genüge getan.

    Werte der LED’s bei Tj = 61°C

    Cree261Grad.JPG

    Wie wir sehen können haben wir mit den errechneten Werten knapp 100lm weniger.

    Diese in eine Praxisrechnung. Ich habe einige Dinge außer Acht gelassen.

    Als Wärmeleistung habe ich die gesamte elektrische Leistung angenommen. Aber ca. 30% der Leistung werden ja in Licht umgesetzt und nur der Rest in Wärme, es wären also nur ~ 6,48W an Wärmeleistung einzusetzen.
    Andererseits beeinflusst die Einbaulage des Kühlkörpers den Wärmewiderstand. Bei Montage mit den Rippen nach oben sinkt die Kühlkörpereffizienz auf etwa 70 %, d. h. der Wärmewiderstand steigt auf 1,2 K/W ÷ 0,7 = 1,72 K/W.

    Wenn man also genau sein möchte:

    Tj = P ×(Rthjc + RthStar + RthWLK)/Anzahl + P × Rthkk + TUmgebung
    Tj = 6,48 ×(2,5 + 4,5 + 1)/3 + 6,48 × 1,72 + 27
    Tj = 55,4°C

    TKK = P × RthKK + TUmgebung
    TKK = 6,48 × 1,72 + 27
    TKK = 38,14°C

    Die Differenzen zur Berechnung mit der kompletten Leistung sind nicht entscheiden. Da wir auch nicht genau wissen wie viel der Leistung in Licht umgewandelt wird und der Kühlkörper zwar zu groß aber niemals zu klein sein sollte bleib ich bei der ersten Berechnung.


    Weiter geht’s wenn neue Komponenten da sind.


    LG

    Lars

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  19. Gamma85
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    Gamma85 26 August 2014
    Eine kleine Anmerkung: Durch eine Anhebung von 700mA auf 1050mA beanspruchst du die LED auch mehr. Dadurch sinkt zum einen die Effizienz, aber auch die Lebensdauer. Des Weiteren wird die LED heißer.

    Was hälst du davon die 700mA zu lassen bzw nur leicht auf 800 zu erhöhen und dafür 1 LED mehr zu nehmen? Dann bleibt man auch eher bei der Farbtemperatur von 7500 kelvin.

    Edit: Zur Betriebstemperatur der LEDs habe ich gelesen, dass bei 80°C ein ziemlich sicherer Hitzetod in relativ kurzer Zeit eintreten wird. Eine "Restwärme" von 30C° bedeutet, dass eine Temperatur von ca. 50°C herrscht, wenn der Raum 20°C hat.
    Zuletzt bearbeitet: 26 August 2014
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  20. LarsP
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    LarsP 26 August 2014
    Ja, die Effizienz leidet ein wenig. Sie fällt von bei Tj 25°C von 154,6 lm/W auf 143,2 lm/W.
    Die gesteigerte Beanspruchung liegt noch unter dem Bereich wo Cree dir 50.000 Betriebsstunden angibt. Die werden nämlich bei einer Sperrschichttemperatur vom 85°C angegeben. Ebenso wird die Farbtemperatur sich nicht maßgeblich ändern. Die XM-L2 sind 'Binned at 85 °C'. Temperaturprobleme gibt es ja wie Du oben sehen kannst nicht. Mit 1050mA bin ich auch grade mal bei einem Drittel der maximalen 3A.

    Ich sehe kein Problem auf 1050mA zu gehen. Ich bin auf diesen Wert gegangen, da man ja ein wenig an die Konstantstromquellen gebunden ist. Mit der geringen Spannung habe ich keine vernünftige 700mA Konstantstromquelle gefunden. Aber wie schon gesagt sind die 1050mA ja problemlos.

    LG
    Lars
  21. Gamma85
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    Gamma85 26 August 2014
    Gut zu wissen ;) Ich habe meine Infos aus einem anderen Forum. Angespornt von deinem Thread habe ich mich damit mal etwas auseinandergesetzt. Kann man mit der KSQ die du dir ausgesucht hat die Beleuchtung am Ende dimmen? Es gibt in der Bucht KSQs die sich nachher dimmen lassen.

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