Bei Leuchtdioden sind die Materialien so festgelegt, dass das emittierende Licht kaum Ultraviolett- oder Infrarotstrahlung enthält. Das Halbleiter-Material entscheidet hier über die Wellenlängen, die die LEDs abgeben. Über die Temperatur entscheiden hingegen der Strom und die Möglichkeiten der Ableitung. Da die LED ein stromgetriebenes Bauteil ist, erhöht sich die Temperatur durch den Strom über den inneren Widerstand. Herkömmliche Glühlampen geben die Verlustleistung in Richtung des Lichtstroms, wohingegen LEDs sie in Richtung der Platine ableiten. Damit LEDs eine hohe Lebensdauer erreichen, brauchen sie ein geeignetes thermisches Management, das die Verlustleistung effektiv abführt.

Eckdaten

Damit LEDs eine möglichst lange Lebensdauer erreichen, sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen. Einer davon ist das richtige Wärmemanagement, um die vom Strom erwärmten LEDs abzukühlen. Hierfür können Entwickler beispielsweise auf Kühlkörper zurückgreifen, aber je nach Anwendung gibt es dafür verschiedene Möglichkeiten. Was Entwickler alles beachten müssen und was für Optionen sie haben, erklärt der Beitrag.

Die passende Kühlung finden

Um zwischen den verschiedenen Kühlverfahren das passende zu finden, ist der thermische Widerstand (Wärmewiderstand) ein Hilfsmittel. Zu diesen Kühlverfahren zählen die passive Kühlung über extrudierte Aluminiumkühlkörper, die aktive Kühlung über extrudierte Kühlkörper mit Lüftermotoren und die Kühlung über gelötete Aluminiumkühlkörper in Kombination mit Fluiden. Kühlkörperhersteller geben den Wärmewiderstand in Bezug auf die Länge an. Dieser sagt aus, welche Wärmemenge der Kühlkörper an die Umgebung abführen kann. Für eine erste Abschätzung lässt sich folgende Formel anwenden:

Hierbei bedeuten die einzelnen Variablen:

Rth = Wärmewiderstand Junction/Ambient [K/W]

Tj = Junction Temperature (max. Sperrschichttemperatur aus dem LED-Datenblatt [K])

Ta = Umgebungstemperatur [K]

P = Gesamtverlustleistung der LED ( aus dem LED-Datenblatt) [W]

η = Wirkungsgrad der LED (aus dem LED-Datenblatt)

RTHTIM = Wärmewiderstand für das Wärmeleitmaterial [K/W]

LED-Kühlkörper mit massivem Innenkern

LED-Kühlkörper mit massivem Innenkern. Fischer Elektronik

Entwickler sollten beachten, die vom Hersteller angegebene maximale Sperrschicht nicht zu überschreiten, um die Leuchtstärke und somit die Lebensdauer der LED nicht zu gefährden. Aus diesem Grund gilt das Ergebnis, der oben angegebenen Formel nur als Richtwert, weshalb Entwickler immer eine Sicherheitsreserve einberechnen sollten.

Welchen Einfluss Befestigung und Einbaulage auf die Kühlung haben, lesen Sie auf der nächsten Seite.

 

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