Wärmeentwicklung bei SMD LEDs

[Mr. E-Light]

Hi alle zusammen!
Seit geraumer Zeit beschäftige ich mich schon mit dem Einbau von LEDs in HO-Autos (Spezialität: Einsatzbeleuchtung deutsch und amerikan.). Ich habe aber immer noch ein Problem mit weißen SMD LEDs 0603: die Dinger werden auch noch bei eigentlich deutlich zu großem Vorwiderstand ziemlich warm - was normale LEDs ja eigentlich nicht tun dürften...! Vielleicht kann mir hier jemand dieses Phänomen erklären (und eine Lösung präsentieren)?

[elythomaslumber]

Höre ich zum ersten mal. Werden die LED's an Gleichspannung betrieben oder an Wechselspannung? Würde diese auf jeden Fall nur an Gleichspannung betreiben.

Gruß

Hartmut

[Michael Schmidt]

@Mr. E - Light,

wenn der Platz da ist würde ich ein PWM Modul (Puls Weiten Modulation)vorschalten. Läst sich einfach mit dem IC NE555 machen und man kommt in etwa auf die aussenmasse von 1 x 1 x 1 cm.
Hast du dir mal den Stromverbrauch von einer weisen LED angeschaut? Bei den anderen LED's hättest du bestimmt auch die wäreme entwicklung, aber die Blinken ja, oder? Und genau das machst du mit einem PWM Modul, nur ist dort die Frequenz so hoch, das das ein und ausschalten der LED vom Menschlichenauge nicht erfassbar ist. Bei dem Modul kannst du nun aber noch zusätzlich die ein und ausschaltzeit einstellen und ja nach einstellung leuchtet dann die LED augenscheinlich heller oder dunkler. Vorteil dieses Moduls, weniger Stromverbrauch = weniger wärmeentwicklung und die LED ist Dimmbar. Vorraussetzung ist Gleichspannung.

[martin]

Bist du dir mit dem "eigentlich deutlich zu großem Vorwiderstand" wirklich sicher? (Schliesslich ist der Nennstrom der weissen LEDs deutlich geringer als z.B. der roten).

Ich betreibe die weissen 0603 SMD-LEDs mit Strömen < 5mA und habe bisher noch keine nenneswerte Wärmeentwicklung feststellen können. (und dabei geht es in meinen Z-LKWs noch enger zu)

[Harry]

Na gut, wenn es hier weitergeht und nicht in der Elektro-Abteilung dieses Forums, dann schreibe ich eben hier .

die Dinger werden auch noch bei eigentlich deutlich zu großem Vorwiderstand ziemlich warm

Verrate doch noch ein paar Daten: Betriebsspannung, Wert des Vorwiderstandes, Gleich- oder Wechselspannung.

Allgemein: wenn eine LED zu warm wird, ist der Strom zu hoch. Ein Beispiel: eine weisse LED hat bei 10mA nur ca 3.5V x 0.01A = 0.035W Verlustleistung. Zum Tee kochen genügt das nicht!!

Da Dein Vorwiderstand aber sehr gross ist, tippe ich auf: schau noch mal genau drauf, ob im Widerstand auch das drin ist, was Du vermutest. Vielleicht hast Du Dich da vertan.

Schliesslich ist der Nennstrom der weissen LEDs deutlich geringer als z.B. der roten)

Woher hast Du diese Information? Auf den Datenblättern der Fa. Osram ist davon nichts zu erkennen. Und die müssten es ja wissen.

Nachtrag: hab mich noch einmal gezielt bei OSRAM umgesehen und drei 0603 LED verglichen
gelb: max. 20mA, 100mA Stoßstrom
grün: max 25mA ,100mA Stoßstrom
blau: max. 15mA, 100mA Stoßstrom
Scheint wohl doch was dran zu sein am unterschiedlichen Nennstrom.

Viele Grüsse
Harry

[Mr. E-Light]

Tja, die Werte sind die altbekannten: 3,5 V; 0,10 mA; Anschlußspannung 16 V Wechselspannung. Bei zwei in Reihe macht das einen Nennvorwiderstand von 900 Ohm - bei 1,5 KOhm wird's trotzdem recht warm (noch schöneres Beispiel: bei 4 in Reihe mußte ich auf 750 Ohm gehen, damit die Stoßstange eines LF in Form blieb...). Oder liege ich mit der FORMEL R=U/I hier falsch? Übrigens bin ich auf Wechselspannung festgelegt, eine vorgeschaltete Gleichrichterdiode bringt auch nichts... Für das genannte PWM Modul ist aber so gut wie nie zusätzlich Platz, klingt aber interessant (ich suche übrigens auch ständig nach verschiedenen Blinkschaltungen...)

[Harry]

Tja, die Werte sind die altbekannten: 3,5 V; 0,10 mA; Anschlußspannung 16 V Wechselspannung. Bei zwei in Reihe macht das einen Nennvorwiderstand von 900 Ohm - bei 1,5 KOhm wird's trotzdem recht warm

OK, die 0,10mA sind wohl ein Tippfehler und damit egal.

Sind die 16 V gemessen oder Nennspannung? Die Nennspannung gibt der Trafo nicht im Leerlauf ab, sondern unter Nennlast.

Was mir zu denken gibt: zwei LED in Reihe produzieren ca. 7x0.01= 70mW, jede für sich also 35mW.

Der Widerstand produziert ca. 9x0.01 = 90mW. Der müsste deutlich wärmer werden, als die LED. Wo ist der verbaut?

Insgesamt scheinst Du aber sehr viel Verlustleistung im Modell zu verbauen, wenn Du direkt mit 16 V hineingehst. Verlagere die Leistung nach draußen unter den Tisch oder so, indem Du dort die Widerstände gut belüftet verbaust.

Da Du mit Wechselspannung arbeitest ist folgender Hinweis wohl unnötig. Ich mache ihn nur der Vollständigkeit halber:
16V Wechselspannung ergeben gleichgerichtet und mit einem dicken Kondensator ca. 1.4x16=22.4 V

Viele Grüsse
Harry

[Mr. E-Light]

Sorry, natürlich 10 mA...
Nun, meine Vorwiderstände hängen meist an der Blinkelektronik oder hier eben am Ende des Anschlußkabels (0,3 mm CU-Lackdraht). Der Widerstand wird aber nicht warm! Und, um ehrlich zu sein, einen Kondensator benutze ich eh nicht, sondern den direkten Anschluß an den Trafo (bei Scheinwerfern - hat bisher immer geklappt, bis ich neue SMD LEDs gekauft hatte...). 16 V ist tatsächlich die Nennspannung, die tatsächlichen 2 V mehr sind bei meinen Versuchen dann schon eingerechnet (die vorher genannten Daten sind also praktisch schon "bereinigt").

[Harry]

Tja, dann hilft meiner Meinung nach nur noch eine Strommessung. Wobei es wegen der Wechselspannung nicht ganz so einfach ist, wirklich korrekte Ergebnisse zu messen.

Ich glaube immer noch, Dein Strom ist zu gross. Frei nach P=UxI bleibt da nichts anderes mehr übrig, den U ist ziemlich konstant. Aber warum, das weiss auch ich nicht.

Viele Grüsse
Harry

[Harry]

Sorry, Doppelposting.

[Gast]

....Anschlußspannung 16 V Wechselspannung......

Nicht der Durchlassstrom ist das Problem, sondern der Sperrstrom. Und der liegt normalerweiser im µA-Bereich(hier dürfte er ein Vielfaches höher liegen). LED´s sollte man nicht in Sperrrichtung betreiben. Ist nur ein kleiner Tipp.

[Harry]

Nicht der Durchlassstrom ist das Problem, sondern der Sperrstrom. Und der liegt normalerweiser im µA-Bereich(hier dürfte er ein Vielfaches höher liegen

Hmmm, könnte sein, aber warum werden dabei die Widerstände nicht warm.
Hoher Spannungsabfall an den LED, kaum welcher am Widerstand? Wäre möglich.

Gruss
Harry

[Mr. E-Light]

Was also soll ich tun? Eine Gleichrichterdiode hilft wie gesagt nichts, und ein riesen "Vorschaltapparat" ist mir hier einfach zu blöd (=zu umständlich); ganz nebenbei: eine Erwärmung habe ich kürzlich sogar bei einer blauen 0603er LED an einer dafür vorgesehenen langsamen Blinkschaltung bemerkt... Vielleicht hab' ich aber auch einfach nur einige schlechte LEDs erwischt. Schätze, ich werde um weiteres Experimentieren nicht drumrumkommen...

[elythomaslumber]

Ich würde antiparallel zu der LED eine normale Gleichrichterdiode schalten. Damit durchläuft eine Halbwelle die LED, die andere die normale Diode. Wie schon weiter oben jemand erwähnte, mögen LED's es nicht, in Sperrrichtung betrieben zu werden. Somit fällt an der LED im Sperrbetrieb nur die Spannung der antiparallel geschalteten Diode ab (0,7V).

Gruß

Hartmut

[Gast]

Was also soll ich tun? ....und ein riesen "Vorschaltapparat" ist mir hier einfach zu blöd (=zu umständlich)....

Wo liegt das Problem?? Für die Blinkschaltungen ist doch Gleichspannung vorhanden, also Widerstand berechnet, und auch die richtige Größe eingebaut, und schon leuchten die Dinger und "glühen" nicht. Außerdem ein Graetz und ein Elko ist doch nicht der Hit. Oder??

[Gast]

Ich habe hin und her überlegt und bleibe bei meiner Vermutung: da sind falsche Vorwiderstände drin. Wäre der Betrieb in Sperrrichtung die Ursache, dann müsste der Widerstand auch warm werden.

Ein Tip: wenn auf einem SMD Widerstand eine 100 steht, dann sind das nicht 100 Ohm, sondern 10 Ohm!! Eine 9000 sind nicht 9000 Ohm, sondern 900 Ohm. Wenn der Vorwiderstand versehentlich um eine 10er Potenz zu niedrig wäre, wäre das die Lösung.

Dagegen spricht allerdings, das Mr E-Light vermutlich Widerstandswerte lesen kann.

Viele Grüsse
Harry

[Harry]

Das eben war ich, habe nur das Login vergessen.

[Michael Schmidt]

@MR E-Light,

ich würde das ganze system auf Gleichspannung umbauen (zur not mit Brückengleichrichter und Siebelkos), dann ein PWM und danach den rest. Das IC NE555 kann max. 500KHz und 200mA, das sind 2,4Watt bei 12V. Wenn man dann noch einen BD677 Transistor ranhängt, dann sind 4A Dauerstrom am ausgang möglich, also bei 12V 48Watt. Da der Transistor aber im Schaltbetrieb ist, geht noch einiges mehr an Strom. Das ganze Modull mit Poti, zur einstellung der Pulsweite und dem BD677, komme ich auf eine Plattienengröße von 1,8cm x 2,2cm.
Ich habe an so einem Modull 65 5mm SMD LED's in der Farbe blau und rot dran hängen, wo das Modull nur drüber lächelt. Vorher waren die direkt über Vorwiederstände angeschloßen und dort hatte ich auch dann ein Wärem Problem. Die LED's haben auch jeweils einen eigenen Vorwiederstand, also es sind keine LED's in reihe geschaltet. Denn in reihe geschaltet LED's machen nur probleme, denn sie müssen die exakte Stromaufnahme haben, ansonsten kommt zu helligkeits unterscheiden.
Ich kann jedem nur so ein Modull empfehlen, damit kann man bis zur hälfte des Strombedarfes einsparen.

[Mr. E-Light]

Ich arbeite noch viel mit Standartwiderständen, natürlich habe ich auch schon mal daneben gergriffen, gilt hier aber nicht. Für Standart- und SMD-Widerst. habe ich entsprechende Codlisten, sodaß ich (normalerweise) sehr wohl weiß, welcher wie groß ist...
Aus bestimmten Grüden will und kann ich nicht auf Gleichspannung umsteigen, die Modelle müssen auch mit 16 V Wechselsp. betrieben werden können. Platz darf das auch nicht verbrauchen, zumal jedes Modell individuell zu betreiben sein muß, d.h. nicht nur auf einer Anlage mit "zentralem Gleichrichter" - somit müßte jedes einzelne Modell sein eigenes PWM (...) haben, und das ist wohl zuviel.
Die "antiparallele" Diode hab' ich aber bisher tatsächlich noch nicht ausprobiert (- warum eigentlich nicht...?!). Muß ich baldmöglichst nachholen...

[Harry]

Ich arbeite noch viel mit Standartwiderständen, natürlich habe ich auch schon mal daneben gergriffen, gilt hier aber nicht

Auch auf die Gefahr hin, dass ich nerve:

Nehmen wir zuerst den Betrieb in Durchlassrichtung:
Da durch alle drei Bauteile (weil in Reihe) der gleiche Strom fliesst, die LED aber mehr Wärme produzieren, muss der Spannungsabfall an jeder LED grösser sein, als am Widerstand. Eine weisse LED hat maximal ca. 4-4.5Volt Durchlassspannung, da hat man dann aber schon um die 100mA Strom.
Bei 2x4.5Volt blieben ca. 7 Volt für den Widerstand übrig. Das bedeutet dann aber, dass der Widerstand mehr Verlustleistung hat als die LED und damit heisser werden muss. Ganz abgesehen, dass die 100mA bei 900 Ohm nicht auftreten können.

Nun die Sperrichtung:
Nehmen wir an, die gesamte Spannung fällt am Widerstand ab: das macht dann I=U/R=16/900=17mA. LED sind in Sperrichtung meist mit um die 5Volt angegeben, das heisst am Widerstand fallen nur noch 6 Volt ab. Damit ist der Strom I=6/900=6mA.
Bei den genannten 17mA können die LED nicht warm werden, weil keine Spannung abfällt, bei 6mA dagegen ist keine Erwärmung zu erwarten und sie wäre ähnlich gross wie beim Widerstand.

Mein Fazit: unter der Voraussetzung, das nur die LED warm werden und der Widerstand kalt bleibt, kann nur der Widerstand kleiner sein, als Du angibst.

Ich sag das nicht, weil ich recht behalten will, sondern weil mich die Lösung der Frage wirklich interessiert. Und wenn ich falsch vermute, dann interessiert mich noch mehr mein Denkfehler.

Wenn Du es herausgefunden hast, dann erzähl doch bitte die Lösung.

Viele Grüsse
Harry

Ach ja, ich behandle die 16 Volt Wechselspannung von der Leistung her wie Gleichspannung, da die 16 Volt der Effektivwert sind.