Wärmemanagement

Wärmeverluste in LEDs richtig berechnen

| Autor / Redakteur: Tobias Best * / Kristin Rinortner

Verlustleistung: Nach erfolgter Berechnung ist ein Gegencheck mittels Simulation immer angebracht.
Verlustleistung: Nach erfolgter Berechnung ist ein Gegencheck mittels Simulation immer angebracht. (Bild: Alpha-Numerics)

In diesem Artikel erläutern wir am Beispiel der Mini TOPLED von OSRAM, wie man mit Hilfe des Datenblatts sehr präzise die zu erwartende Verlustleistung einer LED bestimmen kann.

Kaum ein Industriezweig kann sich dem Siegeszug der LED entziehen. Sei es in der Displaytechnik, der Fahrzeugindustrie oder der Architekturbeleuchtung, der kleine Lichtspender überzeugt durch seine hohe Energieeffizienz und seiner langen Lebensdauer. Doch seine Hauptaufgabe, die Lichtausbeute, wird zu einem sehr großen Teil von einem ungewollten Mitspieler beeinflusst: der entstehenden Verlustleistung.

Oft findet man in anderen Fachartikeln pauschale Aussagen über das Verhältnis von Lichtleistung zur Verlustleistung. Doch man kann diese Aussagen nicht pauschal auf alle LEDs anwenden. Der Hersteller beschreibt in den zugehörigen Datenblättern die Abhängigkeit von Lichstärke, Farbortverschiebung und zulässigem Durchlassstrom in Abhängigkeit von der Junction-Temperatur der LED. Diese ist aber wiederum abhängig von der Wärmeableitung der Verlustleistung an die Umgebung.

Die Verlustleistung selbst errechnet sich aus dem Betriebsstrom und der daraus resultierenden Spannung und vielen weiteren Faktoren und bildet für den Laien ein kaum nachvollziehbares Labyrinth aus miteinander verknüpften Tabellen und Graphen.

Zumeist fehlen im Datenblatt auch Aussagen über Korrekturwerte der Verlustleistung, welche in Abhängigkeit zur Lichtfarbe und Lichtstärke auftritt.

In diesem Artikel möchten wir am Beispiel der Mini TOPLED von OSRAM erläutern, wie man mit Hilfe des zur Verfügung stehenden Datenblatts sehr präzise die zu erwartende Verlustleistung einer LED im Voraus bestimmen kann. In den Bildern 1 und 2 sind Sie die in diesem Beispiel verwendeten Datenblatteinträge sowie ergänzenden Korrekturwerte dargestellt.

Ausgehend von der Situation, man wolle die Mini TOPLED mit 30 mA im roten Farbspektrum betreiben, würde der Laie am Graphen des „Durchlassstroms“ (Bild 1 – mittlerer Graph) eine Betriebsspannung von 3,22 V ablesen und somit die Verlustleistung mit Spannung mal Stromstärke auf 0,0966 W festlegen.

Fortgeschrittene Anwender würden bei Abschätzung der zu erwartenden Betriebstemperatur (z.B. 55°C simuliert mit 6SigmaET) aus dem Graphen der relativen Lichtstärke II (Bild 1 – rechter Graph) noch die emittierende Lichtleistung abziehen (2%) und schließlich 0,09467 W erhalten.

Doch diese ersten Abschätzungen berücksichtigen nicht das gesamte physikalische Bild.

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