150 lm/W entsprechen 52% Effizienz für weißes Licht...

Moderator: T.Hoffmann

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Di, 09.03.10, 12:58

150 lm/W entsprechen 52% Effizienz für weißes Licht...
...habe ich letztens in der Elektroniknet.de (auf Papier) gelesen.

Somit holt die Cree XP-G R5 bis 200 mA mehr als 50% Licht aus der reingesteckten elektrischen Energie. Das bedeutet auch, dass der Kühlkörper nicht wirklich auf die gesamte reingesteckte elektrische Leistung ausgelegt werden muss. (Es schadet aber natürlich nicht, wenn man besser kühlt als minimal notwendig.)

Man merkt die konzentrierte optische Energie auch deutlich daran, dass es "im Finger" allein durch die Energie des Lichts heiß wird, wenn man den Finger auf eine mit 1000 mA bestromte XP-G hält.
Bei 3 XP-G auf Triple-Star (in diesem Shop leider AFAIK noch nicht verfügbar) merkt man es sogar schon nach 1-3 Sekunden extrem deutlich und möchte das auch gar nicht lange testen.
Würde man aus sehr kurzer Entfernung (1-10 mm) direkt ins Auge leuchten, wäre man vermutlich in Sekundenbruchteilen für immer blind!!! ALSO VORSICHT! (Mit generell ALLEN High-power-LEDs!)

Hier eine Effizienzkurve der Cree XP-G R5
Thread: White LED lumen testing
Hier der ganze (englische) Thread
Zuletzt geändert von CRI 93+ / Ra 93+ am Di, 09.03.10, 16:59, insgesamt 1-mal geändert.
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Beatbuzzer
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Di, 09.03.10, 16:38

Nicht zu vergessen diese LED und ihr kaltweißer Bruder.
Beide schaffen bei typischer Bestromung von 50mA deutlich über 150lm/W. Bei denen hab ich das auch schon gemerkt, dass sie bei 50mA merklich kühler bleiben, als z.B. iwelche alten 3 oder 4-Chip Dinger bei 50mA.
Was mich hier allerdings etwas wundert, ist, dass kaltweiß und warmweiß die gleiche Effizienz haben. Normalerweise schneidet kaltweiß ja immer etwas besser ab.
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Di, 09.03.10, 17:17

Die XP-G R5 bringt es zwichen 50 und 100 mA auf fast 160 lm/W (!) Unter 50 mA fällt die Effizienz steil ab, über 100 mA langsam. Da eine Superflux hier 1,39€ kostet und eine XP-G 4,99€, lohnt sich die XP-G i.d.R. spätestens sobald 4 Superflux notwendig würden --- nur dass mit der XP-G bei 200 mA (bei denen sie noch über 150 lm/W erreicht) noch nicht Schluss ist, sondern man bis 1500 mA gehen darf!

Hier mal die Effizienzgrenzen der XP-G aus dem Candlepower-Forum für ein paar Ströme: (Strom darf nicht unter 50 mA sein!)
bis 200 mA >150 lm/W
bis 300 mA >140 lm/W
bis 400 mA >135 lm/W
bis 500 mA >128 lm/W
bis 600 mA >123 lm/W
bis 700 mA >118 lm/W
bis 800 mA >115 lm/W
bis 900 mA >112 lm/W
bis 1000 mA >107 lm/W
bis 1100 mA >104 lm/W
bis 1200 mA >101 lm/W
bis 1300 mA >97 lm/W
bis 1400 mA >95 lm/W
bis 1500 mA >91 lm/W
ACHTUNG: AB HIER BEGINNT DER UNZULÄSSIGE BETRIEBSBEREICH: (und in 200 mA-Schritten)
bis 1600 mA >87 lm/W
bis 1800 mA >82 lm/W
bis 2000 mA >76 lm/W
bis 2200 mA >70 lm/W
bis 2400 mA >65 lm/W
bis 2600 mA >59 lm/W
Nicht ab Steckdose, das Vorschaltgerät=Betriebsgerät=Konstantstromquelle muss man auch noch einrechnen. Aber selbst bei deutlicher Überbestromung hält die Effizienz der XP-G noch fast mit Kompakt-Leuchtstofflampen mit. (wobei diese dabei ein wärmeres Licht erzeugen können)

PS: irgendwas scheint mit dem

Code: Alles auswählen

-tag nicht zu stimmen, ich hatte eben eine gefühlte 500 Meter breite Seite angezeigt bekommen... wer's ausprobieren will: einfach den Text aus dem quote-tag kopieren und innerhalb eines code-tags einfügen...
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Beatbuzzer
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Di, 09.03.10, 17:36

Leider gibt es noch keine warmweiße R5 soweit ich weiß.
Bei 200mA macht sie jedenfalls rechnerisch 90lm, wofür schon 4 SuFlus nötig wären.
Für kleine Anwendungen sind die beiden SuFlus aber ideal, wenn man bedenkt, dass die anderen kleinen LEDs wie 3mm und 5mm usw. weit unter 100lm/W liegen, obwohl sie ja doch schon ganz schön hell erscheinen. Der enge Abstrahlwinkel täuscht hier.

Jedenfalls kann man mit der Aussage 150lm/W = 52% auch die Lichtmenge in Watt angeben.
Bei etwa 3,4V 1,5A 5W 91lm/W kommt man auf etwa 1,5W Licht.

Allerdings gilt diese Wirkungsgrad Angabe nur für weißes Licht.

PS: Bei mir wurde es auch bevor du es geändert hattest mit Code-Tag richtig angezeigt, vom Format her so wie jetzt.
Loong

Do, 11.03.10, 22:59

Hallo,
CRI 93+ / Ra 93+ hat geschrieben:150 lm/W entsprechen 52% Effizienz für weißes Licht...
Naja, das ist eine sehr vage Aussage. Das hängt schwer vom Spektrum ab. Für die XP-G Cool White hab ichs mal schnell ausgerechnet und komme auf 324 lm/W für 100 %. Ein Schwarzkörperstrahler mit 5.500 K Farbtemperatur käme auf 205 lm/W bei 100 % Wirkungsgrad.
Man merkt die konzentrierte optische Energie auch deutlich daran, dass es "im Finger" allein durch die Energie des Lichts heiß wird, wenn man den Finger auf eine mit 1000 mA bestromte XP-G hält.
Bei diesem Versuch spürt man weniger die Energie des Lichts als vielmehr schlicht und ergreifend die Abwärme des Phosphors, der sich bei High-Power-LEDs dieses Schlages schon mal auf 150 °C und mehr erwärmt.

Viele Grüße
Robert
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Achim H
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Do, 11.03.10, 23:26

Ich bin ein wenig verwirrt. Das habe ich auf IT-Wissen zu "Weiß" gefunden.

Zitat:
"In der digitalen Videotechnik gibt es ein Weiß, das oberhalb vom darstellbaren Weiß liegt und als Ultraweiß bezeichnet wird. Das ist der Signalbereich eines digitalen Videosignals, der oberhalb von 100 % Weiß liegt. Dieser Bereich wird auch Headroom genannt. Im Englischen wird dieser Bereich als "Whiter than White" bezeichnet."

Ist damit noch die Farbe weiß gemeint oder handelt es sich um etwas ähnlich dem Rosa Rauschen?
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CRI 93+ / Ra 93+
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Fr, 12.03.10, 09:11

Abwärme des Phosphors? Klar wird das bei der Konvertierung warm, aber selbst wenn es 150°C erreichen sollte (bei einer Chip-Temperatur von vielleicht 80°C), dann doch durch die optische Energie. Warum sollte sich dadurch also nicht auch der finger erwärmen können? Und dass das Phosphor oder die LED dermaßen viel Wärme nach wenigen Bestriebssekunden Abstrahlt, kann ich mir nicht vorstellen.

Aber ich werd das bei Gelegenheit mal mit 1 bis 5 mm Abstand nochmal testen.
Loong

Fr, 12.03.10, 09:21

Hallo,
CRI 93+ / Ra 93+ hat geschrieben:Klar wird das bei der Konvertierung warm, aber selbst wenn es 150°C erreichen sollte (bei einer Chip-Temperatur von vielleicht 80°C), dann doch durch die optische Energie.
Nein. Vereinfach ausgedrückt macht der Konvertierungsphosphor aus blauen Photonen gelbe. Die blauen sind jedoch energiereicher als die gelben, die Energiedifferenz bleibt im Phosphor und heizt ihn auf. Und das ganz beträchtlich. Die paar Bruchteile eines Kubikmillimeter, die die Leuchtschicht groß ist, besitzt so gut wie keine Wärmespeicherkapazität, die Abwärme wird als fast unmittelbar nach Anschalten der LED abgegeben.

Viele Grüße
Robert
Loong

Fr, 12.03.10, 10:39

Hallo,
Achim H hat geschrieben:Ist damit noch die Farbe weiß gemeint oder handelt es sich um etwas ähnlich dem Rosa Rauschen?
Weder, noch, damit ist der Dynamikumfang bzw. Aussteuerungsspielraum gemeint. Bei RGB ist bedeutet Weiß maximales Rot ($FF), maximales Blau ($FF) und maximales Grün ($FF). Damit ist der 24-Bit-Farbraum komplett ausgefüllt. So, und jetzt kommt Spekulation, weil ich mich in der Videotechnik nicht auskenne: Auf irgendeine Art (vielleicht Komprimierung der 3 x 8 Bit auf 3 x 7 Bit) hält man sich in der digitalen Videotechnik noch eine Reserve nach oben offen.

Wer weiß Genaueres?

Viele Grüße
Robert
Synthy82
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Fr, 12.03.10, 12:16

Ich nehme mal an, dass dieser Aussteuerungsspielraum in der Aufnahmetechnik zu Hause ist. Im fertigen Videomaterial gibt es kein "Ultraweiß" mehr. Das ist so ähnlich wie bei der Digitalkamera - wenn diese RAW abspeichert, lässt sich das Endergebnis, wenn es zu hell ist, meist noch eine Blende runterziehen, ohne dass man Clipping sieht.
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Achim H
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Fr, 12.03.10, 12:26

Bei RGB ist bedeutet Weiß maximales Rot ($FF), maximales Blau ($FF) und maximales Grün ($FF).
Zwischen hexadezimal (kurz: hex.) 000000 (schwarz bzw. alle RGB-Farben aus) und hex. FFFFFF (weiß bzw. alle RGB-Farben auf höchster Stufe) liegen 16.777.216 (256 x 256 x 256) Farbtöne und das entspricht einer Breite von 3x 8bit = 24bit. Komprimieren (ohne Verluste) kann man diese Breite nicht mehr. Diese 24 Bit wären allerdings auch nur der darstellbare Bereich.

Bei Scannern gibt es auch Modelle mit 48 Bit, denke aber, dass hiermit immer noch der darstellbare Bereich (allerdings mit höherer Auflösung, 16 Bit je RGB-Farbe bzw. der Bereich zwischen 0 bis 65535 = 65536 Farbtöne je Farbe) gemeint ist.

Im Text steht aber, dass es ein Weiß oberhalb der 100% gibt, welches sich Ultraweiß nennt.
Wenn es aber nicht mehr ein darstellbares Weiß (genau 100%) ist, was ist dann?
Synthy82
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Fr, 12.03.10, 13:22

Bei der Darstellung wird alles, was über 100 % ist, als 100 % dargestellt, es kommt also streng genommen zum clipping.
Borax
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Fr, 12.03.10, 13:32

Ist auch nur eine Reserve (z.B. für Sync.). Kommt aus dem YCbCr-Farbmodell: http://de.wikipedia.org/wiki/YCbCr-Farbmodell
siggio
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Mo, 15.03.10, 01:28

Code: Alles auswählen

Hier mal die Effizienzgrenzen der XP-G aus dem Candlepower-Forum für ein paar Ströme
Sorry,aber das sind doch alles theoretische und vor allem realitätsferne Werte!!!
Hier mal realistisch vermessene XP-G's. Is schon toll wie wir alle verarscht werden!
Vor allem 460lm(493lm lauf Hersteller) bei 1,5A :lol: :lol: :lol:
Selbst die von 'Siam' gemessenen 350lm können nur erzielt werden wenn man es schaffen würde die LED bei 25°C zu halten.Und das dürfte bei 1,5A etwas schwierig werden.
Also statt 91lm/Watt mal eben auf 66lm/Watt (bei günstigen Bedingungen) runterberichtigen !
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Mo, 15.03.10, 12:53

Jetzt weiß man natürlich nicht, was der aus dem Candlepower-Forum für Messmittel hatte und evtl. hatte seine LED ja eine geringere Vorwärtsspannung und damit höhere Effizienz, aber ich denke nicht, dass der ein Interesse an übertriebenen Werten hat...
Bei denen, die LEDs verkaufen sind solche Zweifel IMHO eher angebracht. Aber solange die Temperatur mit angegeben ist, sind die Angaben ja legitim --- ungeeignet dagegen sind aber Angaben von Strömen --- wie bei den Luxeons hier sehr beliebt --- die nur bei 25°C überhaupt zulässig sind. (Das trifft soweit ich das sehe auf die Angaben bei der XP-G nicht zu, weder im Shop noch im Datenblatt).
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Mo, 15.03.10, 14:22

Ist aber schon ziemlich witzig. Bei einer höheren Betriebswärme steigt der CRI der R5 um gut 2%.

Allerdings wissen wir nicht, ob überhaupt eine R5 vermessen wurde. Es gibt immer noch schwarze Schafe, die Produkt vorgaukeln und stattdessen etwas anderes liefern.
siggio
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Di, 16.03.10, 12:37

Hier mal zum Thread.
Er hat ja nicht nur eine R5 vermessen.Erstaunlicherweise kommt die XR-E an die versprochenen Werte ran.
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Di, 16.03.10, 13:08

Er hat die XP-G auf Platine getestet und die Rückseite der Platine auf 25°C gehalten --- bei 1500 mA * 3,3V = 4,95W auf der winzigen Fläche wird wohl der thermische Übergang LED->Leiterbahn->Isolierschicht-Aluschicht die Schwachstelle sein. Man müsste die LED direkt auf massives Kupfer löten oder kleben und dann nochmal messen....
Zumal Kupfer die Wärme ziemlich genau doppelt so gut leitet wie Aluminium!

Am besten für soviel Leistung auf so winziger Fläche sind wahrscheinlich Keramik-Leiterplatten mit direkt aufgebrachten Leiterbahnen und etwas geringerem thermischen Widerstand als Alu --- nur habe ich das bisher noch in keinem Shop gefunden. Die Energie pro Fläche toppt ja ggf. sogar schon die von CPUs... und die von CPUs wiederum toppt die von Herdplatten locker!
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Di, 16.03.10, 15:55

auf der winzigen Fläche wird wohl der thermische Übergang LED->Leiterbahn->Isolierschicht-Aluschicht die Schwachstelle sein.
Das denke ich auch.Das würde auch erklären warum die XR-E mit ihrer grösseren Kühlfläche besser abschneidet(die gemessenen Werte den Herstellerangaben fast entsprechen).
Er hat die XP-G auf Platine getestet und die Rückseite der Platine auf 25°C gehalten
Er hält sie nicht auf 25° sondern bringt sie auf 25° und misst dann kurz gleich nach dem einschalten.
Jetzt weiß man natürlich nicht, was der aus dem Candlepower-Forum für Messmittel hatte
Keine Ahnung was die da gemessen habe.
Aber diesen Werten schenke ich keinen Glauben allein aus der Tatsache das ich hier eine 4fach XR-E mit 13° Optik und eine 4fach XP-G R5 mit 13° Optik habe und die XP-G nicht viel heller ist als die XR-E.
Klingt jetzt alles ein bisschen waage.Wenn ich sie nicht verklebt hätte würde ich auch nochmal einen Messaufbau mit Bildern machen.Das Einzige was für mich für die XP-G spricht ist das ich die selbe Lichtleistung der XR-E mit weniger Leistung erreiche und sie thermisch einfacher zu handhaben ist.


Aber wie auch immer.
Für mich als Endkunden interessiert doch nur die Tatsache das ich nicht 493lm bei 1,5A raus bekomme sonder mit den mir zur Verfügung stehenden Mitteln auf vielleicht 300lm.



P.S.:
Mir noch etwas seltsames aufgefallen.
Laut dieser Tabelle aus dem 'candlepowerforums'
Bild

gehts ja über 1,5A immernoch munter weiter.Bei meinen eigenen Messungen mit einem R5-Star ging die LUXzahl über 1,8A zurück.
Deutet ja eigentlich auf ein Temperaturproblem hin,oder ?
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Mi, 17.03.10, 00:20

Der, der im Candlepowerforum die XP-G vermessen hat schrieb, dass er auch eine ältere XP-E (ja: XP-E) mit größerem Die als bei den aktuellen XP-E hatte, welche mehr Strom besser vertrug.

Bei der XP-G (XP-G) scheint Cree sich für ein Aufwerten der Spezifikationen auf 1500 mA anstatt für ein Reduzieren der Die-Größe entschieden zu haben...

In Deinem Fall könnte ich mir aber vorstellen, dass es einfach nur eine zu schlechte Wärmeabfuhr ist (gehe mal davon aus, das Du die XP-G auf Platine benutzt hast). Wobei ich jetzt nicht weiß, wie die in den candlepowerforums getestete XP-G montiert war...
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Fr, 18.06.10, 12:06

Moin,
Loong hat geschrieben:Bei diesem Versuch spürt man weniger die Energie des Lichts als vielmehr schlicht und ergreifend die Abwärme des Phosphors, der sich bei High-Power-LEDs dieses Schlages schon mal auf 150 °C und mehr erwärmt.

Viele Grüße
Robert

Ich muss dich korrigieren. Die Wärme eine Led spürt man auch in einiger Entfernung von der Led und das ist schlichtweg die enorme Lichtintensität die in Wärme umgewandelt wird. Bei einer XP-G auf 1,5A sogar noch in 1-2cm Abstand. Das kann aber physikalisch unmöglich die Wärmestrahlung des Phosphors sein, da diese dann im Bereich von einigen hundert mW und höher liegen müsste, also praktisch die gesamte Strahlungsleistung einer Led.

Nehmen wir mal 5mm Abstand, die Oberfläche einer Halbkugel und 1W Strahlungsleistung (realistisch für eine XP-G R4 auf 1A) an, dann macht es eine Lichtintensität von über 6000W/m², oder etwa die 6 Fache (!) Sonnenlichtintensität bei senkrechtem Sonennstand. So etwas wird man sofort als Wärme im Finger spüren. Geht man mit dem Finge rnoch näher ran, dann sinkt die Oberfläche quadaratisch mit der Entfernung ab, die Intensität als Kehrwert steigt jedoch mit dem Quadrat! Man erreicht also sehr schnell irsinnig hohe Strahlungsintensitäten, die einem den Finger verbrennen können.



Der Zweite Grund warum das physikalisch unmöglich ist, ist das Stefan-Boltzmann Gesetz.

http://de.wikipedia.org/wiki/Stefan-Boltzmann-Gesetz

Laut diesem Strahlt eine Oberfläche eine Strahlungsleitung ab, die proportional zur Oberfläche und der vierten Potenz der absoluten Temperatur dieser Oberfläche ist. Nehmen wir mal einen Abstrahlkoeffizient von 100% also 1 an. Dann kann die 2mm große Chip-Oberfläche der XP-G bei 150°C maximal nur 3,6mW Infrarotstrahlung abgeben, so etwas spürt man schon in einigen mm Entfernung überhaupt nicht mehr. Ganz zuschweigen davon, ob es überhaupt durch die Kunstofflinse durchkommt. Auch diese heizt sich auf, aber weniger als die Leuchtschicht, ergo strahlt diese noch weiger Wärmestrahlung ab, da es sich ja proportional zur vierten Potenz der absoluten Temperatur verhält.


Beste Grüße,

John.S
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