Wie heiß wird eine LED Umbauleuchte?

[Bastian]

Liebe Kollegen,
vor längerer Zeit kam es in einem Zwirn zu einer angeregten Debatte über das Wärmemanagement an LED Umbauleuchten http://www.mikroskopie-fo...e/index.php?topic=11406.0. Im speziellen blieb es strittig ob die Temperatur der LED Emitter die zulässige Temperatur von 150 ºC übersteigt. Warum ist das wichtig?
Es ist wichtig da die Eigenschaften die in den Datenblättern angegeben wird ohnehin nur für Idealbedingungen gilt. Mit zunehmender Temperatur des Emitters verschlechtern sich dessen Eigenschaften, wie z.B. die Lichtausbeute. Zudem altern die LED's schneller, zum Einen  erreichen sie deshalb nicht die im Datenblatt angegebene Lebensdauer, zum Anderen ändert sich die Farbtemperatur der LED.
Für die Temperaturmessung habe ich folgenden Aufbau gewählt:

• ein digitaler Temperatursenor (MCP 9800, 12bit) mit einem Messbereich von -55  bis +125 ºC 
• Messung an der Kupferplatine der CREE XML U2, direkt neben dem Emitter anliegend

Die Messgenauigkeit des Sensors liegt bei ±1 ºC zwischen -10 und 85 ºC und bei ±2 ºC bei Temperaturen über 85 ºC.

Fotos vom Messaufbau



Der Sensor reagiert extrem empfindlich auf Temperaturschwankungen, selbst die Anwesenheit der Hand in etwa 2cm Entfernung lässt sich ohne weiteres in den Messwerten ablesen.
Es wurde zunächst über eine Stunde pro Sekunde eine Messung durchgeführt, wobei die LED mit einem Strom von 1500 mA betrieben wurde. Die LED und der Adapetr den ich hierfür benutzt habe könnt ihr hier sehen http://www.mikroskopie-fo...e/index.php?topic=11814.0.
Den Graph könnt ihr euch unten ansehen. Die LED ist auf dem eloxierten Kühlkörper mit Wärmeleitkleber aufgeklebt. Der LED Adapter war während der Messung nicht im Mikroskop, da ich davon ausgehe, dass dies die LED thermisch stärker beansprucht, als wenn die LED im Stative verbaut ist. Die LED wurde von zwei Holzplatten gehalten, um einen Wärmeabtransport durch etwaige Metallhalterungen zu vermeiden.

Ich gehe hierbei davon aus dass die Kontaktflächen zwischen Einsteckrohr und LED Adapter einen zusätzlichen Wärmeabtransport bedeuten. Will sagen: Wenn die LED im Kühlkörper alleine nicht zu heiß wird, dann wird sie das auch nicht im Stativ tun.



Man sieht sehr schön dass die Temperatur bei 1500 mA nicht weiter als auf 50 ºC ansteigt. Somit sollte ein vorzeitiges Altern der LED unwahrscheinlich sein.

Gute Nacht,
Bastian

[Bastian]

Ein weiteres Protokoll, nun bei 80 mA.



Bastian

[Bastian]

Ein weiteres Protokoll, nun bei Volllast I_max=1600 mA.



Bei dieser Messung habe ich die LED nach einer Stunde abgeschaltet aber den Temperaturverlauf der Abkühlung mit protokolliert.
Die Messungen zeigen zunächst einmal dass die LED selbst unter Volllast (alle Regler auf Anschlag) die 60 ºC nicht erreicht und diese somit im Einsatz als thermisch völlig unbedenklich zu bezeichnen ist.

Der Graph aus dem Datenblatt der CREE XML zeigt die relative Lichtleistung in Abhängigkeit zur Temperatur. Bei 60 ºC befinden wir uns immer noch gut über 90 % der relativen Lichtausbeute, gegenüber den Standardlaborbedingungen von 25 ºC.
 



Ein interessanter Punkt ist, dass während der Messung das Fenster geöffnet wurde (2m vom Messaufbau entfernt), und dass die Änderung der Rahmenbedingungen einen messbaren Einfluss auf die LED Temperatur hatte. Stichwort: Konvektion...

Bastian