Power LED ansteuern

**Lord Integer** · 24.05.2016, 15:33

Servus,

ich möchte für mein Aquarium eine Power LED über einen Arduino steuern.

Verwendet wird eine High Power LED /weiß von Nichia.
Technische Daten:
10V , 350mA, 3,5W,350Lumen

Gekühlt wird die LED über einen metallischen Kühlkörper.

Durch ein vorheriges Projekt hatte ich ein Shield für einen Arduino gebaut, das ein PWM Signal (0-5V) eine Verstärkerschltung mal 2 verstärkt und so über PWM zwischen 0-10V herausgegeben werden kann.
Somit kann ich die LED mit 10V über einen PWM Pin des Controllers versorgen.

Wenn ich nun mit dem DutyCycle die Spannung regulier fängt die LED bei 8 V schwach an zu leuchten und wird immer heller bis sie 10 V erreicht.
Außerdem kann ich so über das PWM die LED an und ausschalten. Spannung < 8V = LED aus

Für meine Verhältnisse ist das optimal , da alles funktioniert und die LED im Dauerbetrieb nicht heiß wird (liegt wohl den dem niedrigen Strom?).

Normalerweise regelt man ja die Diode über den Strom.
Also wird die Diode mit 10V betrieben und über den Strom (maximal 350mA) die Leuchtkraft der Diode eingestellt.
Dies funktioniert z.b mit einer Konstanspannungsquelle.

Jedoch habe ich nun eine Konstantspannungsquelle für den Diodenbetrieb realsiert.
Normalerweise sollte die LED eine Leistung von 3,5 W haben.
Laut meine Berechnungen hat diese jetzt aber nur 0,4 W.
Also hat die LED noch lange nicht ihre maximale Leistung bzw. ihre Leuchtkraft erreicht.
Dennoch reicht mir die Leuchtstärke der LED und ich möchte gar nicht mehr.

Mein Frage ist , kann man das so machen?
Was sagt ihr dazu?
Unpraktische Lösung?
Und warum leuchtet die LED überhaupt, wenn nur 45 mA anstatt geforderte 350mA anliegen?

Gruß

**Thegon** · 25.05.2016, 20:14

Hallo!

Eine Konstantspannungsquelle ist zum Betrieb einer LED nicht sehr gut geeignet, weil eine LED eine ziemlich steile Kennlinie hat (wenig Spannungsänderung erzeugt viel Stromänderung), und so der Strom nur schwer einzustellen ist (man muss die Spannung recht genau treffen). Zusätzlich nimmt die Spannung der LED ab, wenn sie heißer wird. Dadurch fließt mehr Strom und sie wird noch heißer, und geht ev. irgendwann kaputt. Natürlich ist das nicht so tragisch, wenn du sie nur auf 10%-20% betreibst, aber dennoch.

LEDs betreibt man normalerweise an einer Stromquelle, ich kann die hier recht empfehlen:
http://www.pollin.de/shop/dt/Mzc4ODQ...0L_350_mA.html
So billig bekommt man das praktisch nicht hin, und man hat auch gleich einen PWM-Eingang wo man ein Arduino oder was auch immer dranschließen kann, um die LED zu dimmen.

Mein Frage ist , kann man das so machen?
Was sagt ihr dazu?
Unpraktische Lösung?
Und warum leuchtet die LED überhaupt, wenn nur 45 mA anstatt geforderte 350mA anliegen?

Die LED leuchtet auch mit 45mA, warum nicht? Die Lichtstärke einer LED ist so ungefähr proportional zum Strom. Also leuchtet sie halt um das Verhältnis dunkler. Weil aber das menschliche Auge nicht linear auf Helligkeitsunterschiede reagiert (sondern eher logarithmisch), kommt es dir heller vor, als es vom Verhältnis zum vollen Strom ist.

Klar, wenn man nur 10-20% vom Nennstrom benutzt, wird es auch bei weitem nicht so heiß.

Ich würde sagen, die Standardlösung ist es nicht, ich würde wie gesagt so eine KSQ von Pollin benutzten (habe das auch gemacht bei meiner Schreibtischlampe, zum Beispiel). Aber wenn sie deine Anforderungen erfüllt und für das Aquarium zufriedenstellend ist - warum nicht. Es kann könnte sein, dass die LED etwas heller wird, wenn sie länger leuchtet. Natürlich, wenn sich die Spannung aus irgendwelchen Gründen weiter erhöht, dann wird die LED halt gleich viel heller und auch irgendwann durchbrennen, je nach dem wieviel deine Schaltung Strom liefern kann.

Grüße,
Thegon

**Peter(TOO)** · 25.05.2016, 21:43

Hallo,
Thegon hat das wesentliche geschrieben!

Welche Temperatur hast du jetzt im Zimmer?
Wie warm wird es dann in einem richtigen Sommer?
Und falls mal die Sonne direkt auf die LED knallt?

MfG Peter(TOO)

**Lord Integer** · 26.05.2016, 13:12

Hallo,
vielen Dank schonmal für die Antworten

.
Ja, die Konstantstromquelle eignet sich optimal und wird auch verwendet werden.
Die Umgebungstemperatur des Raumes wird maximal ungefähr zwischen 40-45 °C liegen.
Jetzt fehlt eigentlich nur noch der richtige Kühlkörper.

Dafür muss man ja erstmal den Wärmewiderstand bestimmten.
Dafür muss die maximale. Sperrschichtemp.(ϑi=150°C) und der innere Wämewiderstand(RthG=13 °C/W) der LED aus dem DB bestimmt werden.
Die Leistung der LED ist 3,5 W
Ich gehe von einer maximalen Umgebungstemperatur von 45 °C aus.
RthK=(ϑi-ϑU)/P-(RthG)=(150°C-45°C)/(350mA*10V)-13 (°C)/W= 17 K/W

Welchen Kühlkörper könnt Ihr mir empfehlen?

Habe mich für diesen Wärmeleitkleber entschieden.
http://www.leds.de/High-Power-LEDs/H...r-2x-3-5g.html

Gruß

**Peter(TOO)** · 26.05.2016, 14:13

Hallo,

Zitat von Lord Integer

Welchen Kühlkörper könnt Ihr mir empfehlen?

Habe mich für diesen Wärmeleitkleber entschieden.
http://www.leds.de/High-Power-LEDs/H...r-2x-3-5g.html

Auf 17 K/W komme ich auch.

Allerdings: Je kühler die LED hat, umso länger lebt sie. Der Kühlkörper kann also nicht gross genug sein!

Es fehlt eigentlich noch die Angabe zum Gehäuse der LED, bzw. der genaue Typ.

Abgesehen von der LED-Befestigung und dem Wärmewiderstand des Kühlkörpers, ist das eine Geschmacks-, bzw. Design-Frage, welchen du verwendest.

In deinen Berechnungen fehlt eigentlich noch der Wärmewiderstand zwischen LED-Gehäuse und dem Kühlkörper. OK, den gewählten Wärmeleitkleber kann man in diesem Fall vernachlässigen, der trägt nur 1mK bei, geht also im Rauschen unter. Bei Isoliersätzen für z.B. TO-220 kommt da aber noch einiges dazu.

Du kannst die Hier:
http://www.fischerelektronik.de/web_...D/search.xhtml
oder hier:
http://www.fischerelektronik.de/web_...er/index.xhtml
mal etwas hübsches und passendes raussuchen.

Hier noch der Gesamtkatalog:
http://www.fischerelektronik.de/file...ehlkoerper.pdf

So einen Kühlkörper kann man auch als Konstruktions-Element betrachten.

MfG Peter(TOO)

MfG Peter(TOO)

**Lord Integer** · 26.05.2016, 15:05

Hallo,
vielen Dank für die Antwort.

Der Kühlkörper darf maximal einen Wärmewiderstand von 17 K/W haben.
Habe mich jetzt für einen Stern-Kühlkörper 51x51mm x 10mm mit 4,5 K/W entschieden, denn desto kleiner der Widerstand, desto gekühlter die LED. http://www.leds.de/Bestseller-Aktion...r-51x51mm.html
Der Kühlkörper wird auch von dem Hersteller der LED empfohlen.

Oder ich nehme diese hier http: //www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/B03.1/K%C3%BChlk%C3%B6rper%20f%C3%BCr%20LED/PR/ICKLEDR23.5x14G_/$productCard/dimensionParameters/index.xhtml
Der hat kleinere Dimensionen, was Platz spart.
Nur weiss ich nicht wie man die LED beim geriffelten Kühler anbringt.
Auf die glatte Seite montieren?

Ich weiss jetzt nicht genau was du mit Isoliersetzen meinst.
Ich habe mir die Montage der LED so gedacht, das ich mit den Wärmeleitkleber die LED auf den Kühler klebe und dann das Teil auf einer metallischen Schiene montiere, die dann in einem idealen Winkel ausgerichtet wird.

Gruß

**Peter(TOO)** · 26.05.2016, 16:14

Hallo,

Zitat von Lord Integer

Oder ich nehme diese hier http: //www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/B03.1/K%C3%BChlk%C3%B6rper%20f%C3%BCr%20LED/PR/ICKLEDR23.5x14G_/$productCard/dimensionParameters/index.xhtml
Der hat kleinere Dimensionen, was Platz spart.
Nur weiss ich nicht wie man die LED beim geriffelten Kühler anbringt.
Auf die glatte Seite montieren?

Richtig, da kommt die LED auf die Fläche!

Aber den kannst du nur zusammen mit einem Lüfter verwenden!
Ohne Lüfter hat er knapp 20 K/W, da wird die LED zu warm.

Zitat von Lord Integer

Ich weiss jetzt nicht genau was du mit Isoliersetzen meinst.
Ich habe mir die Montage der LED so gedacht, das ich mit den Wärmeleitkleber die LED auf den Kühler klebe und dann das Teil auf einer metallischen Schiene montiere, die dann in einem idealen Winkel ausgerichtet wird.

Wie ich geschrieben habe, brauchst du das für die LED nicht.
Bei Halbleitern z.B. im TO-220 Gehäuse, ist der Mittlere Pin mit dem Gehäuse verbunden. Wenn man den direkt auf den Kühlkörper montiert, steht der Kühlkörper unter Spannung. Bei mehreren Halbleitern auf dem Kühlkörper gibt das gerne einen Kurzschluss. Da muss dann ein Isolierpad zwischen Kühlkörper und Gehäuse und für die Schraube gibt es auch eine isolierende Hülse. Da kommt dann schnell noch 1 K/W hinzu.

MfG Peter(TOO)