Experimente mit Hochleistungs-LEDs Power-LEDs in der Praxis!
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Burkhard Kainka
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Experimente mit Hochleistungs-LEDs Power-LEDs in der Praxis!
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Franzis
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9783772338946
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1
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CHF 8.70
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Elektrizität, Magnetismus, Optik
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German
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96
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PDF
Moderne Power-LEDs sind auf dem besten Weg, die Lichtquellen der Zukunft zu werden. Eine weiße 1-W-LED bietet besten Wirkungsgrad bei einfachster Schaltungstechnik und unterscheidet sich in der Anwendung kaum von der normalen LED. Allenfalls die höhere Wärmeentwicklung muss genau beobachtet werden. Das Buch richtet sich sowohl an Elektronik-Einsteiger wie auch an fortgeschrittene Anwender. Zahlreiche Grundschaltungen lassen sich ohne Vorkenntnisse aufbauen und erproben. Im Mittelpunkt stehen aber auch die Messtechnik sowie die Planung und Dimensionierung komplexer Schaltungen.
3 Technische Daten
(S. 30-31)
Zahlreiche Hersteller fertigen Power-LEDs in unterschiedlichen Ausführungen. Für den Anwender sind Vergleiche der technischen Daten interessant. Die Datenblätter unterscheiden sich allerdings stark in den angegeben Messwerten und sind damit oft nicht direkt vergleichbar. Interessant sind daher auch eigene Messungen, besonders der elektrischen Daten. Allgemein erzeugt eine LED einfarbiges Licht mit einer geringen spektralen Breite.
In weißen LEDs arbeiten blau strahlende LEDs mit einem zusätzlichen Leuchtstoff, wie er in ähnlicher Form auch in Leuchtstofflampen enthalten ist. Das Licht kurzer Wellenlänge wird teilweise von dem fluoreszierenden Leuchtstoff absorbiert und in einem weiten Farbbereich wieder abgegeben. 3.1 Luxeon LUMILEDs Speziell für anspruchsvolle Beleuchtungsanwendungen hat die Firma Philips Lumileds Lighting Company 1-W-LEDs unter der Sammelbezeichnung LUMILEDs auf den Markt gebracht. Diese Luxeon Emitter sind in unterschiedlichen Farben und mit drei Linsentypen für unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken erhältlich. Die Farben Rot und Amber verwenden einen AlInGaP-Chip mit einer Durchlassspannung von 2,85 V bei 350 mA, Grün, Blau, Cyan und Weiß haben mit einem InGaN-Chip eine Durchlassspannung von 3,42 V bei 350 mA.
Die fest montierten Kunststofflinsen sind für verschiedene Abstrahlwinkel ausgelegt. Die flache Linse (Low Dome, Batwing) hat einen Abstrahlwinkel von 110°, während die hohe Linse (High Dome, Lambertian) in einem Winkel vom 140° abstrahlt. Mit einem speziellen trichterförmigen Aufbau erhält man eine bevorzugte seitliche Abstrahlung (Side Emitting) im Winkel 75° bis 85°. Übliche LEDs werden mit Strömen von 20 mA betrieben. Die Leistungsgrenze ergibt sich hauptsächlich aus der begrenzten Wärmeableitung vom LED-Chip. Mit den LUMILEDs wurde durch eine 20-fach verbesserte Wärmeableitung und einen größeren LED-Kristall der Nennstrom auf 350 mA erhöht.
Bei einer Nennspannung von 3,42 V für die weiße LED beträgt die Leistungsaufnahme ca. 1W. Entscheidend für den erfolgreichen Einsatz ist die optimale Abführung der Verlustwärme. Eine zu hohe Sperrschichttemperatur verringert die Lichtausbeute und die Lebensdauer. Der LED-Chip sitzt auf einem massiven Kühlkörperblock, der isoliert und mit guter Wärmeleitung auf einen Kühlkörper montiert werden soll. Das Datenblatt empfiehlt die Montage auf einer 0,1 mm dünnen Exoxidplatine, die auf ein 1,5 mm dickes Alublech geklebt ist. Der Kühlkörper der LED soll mit wärmeleitendem Kleber montiert werden.
Die Verlustwärme wird dann über die Platine und das Alublech abgeführt. Die Montage ist relativ kritisch, sodass es sich empfiehlt, statt der einzelnen Power-LED gleich eine vormontierte Bauform auf einem Alu-Kühlblech zu kaufen. Zur Auswahl steht die sternförmige „Luxeon star", die quadratische „Luxeon star/c" und die quadratische „star/o" mit einer zusätzlichen Sammellinse für einen Abstrahlwinkel von 10°.
Während für eine weiße LED bei geringer Betriebstemperatur auch nach 4.000 Stunden und mehr kaum eine nennenswerte Alterung gemessen werden kann, sinkt die Lichtausbeute bei einer Gehäusetemperatur von 85 °C bereits nach 1.000 Stunden messbar ab. Die Sperrschichttemperatur liegt bei maximaler Leistung etwa 20 K höher (105 °C) und damit nahe an der allgemein angegebenen Grenze von 110 °C. Der thermische Übergangswiderstand zwischen Halbleiter und Gehäuse liegt bei 20 K/W (Temperaturdifferenzen werden meist in Kelvin K, statt in Grad Celsius angegeben).
Inhalt
8
1 Vorbereitungen
10
2 LED-Grundversuche
17
3 Technische Daten
31
4 Halbleiter und Sperrschichten
43
5 Transistorschaltungen
54
6 Die Darlington-Schaltung
64
7 Kippschaltungen
70
8 Stromversorgung und LED-Beleuchtungen
76
