Montage NSSL157T-H3 für 12V

FAQ-Forum-Bot · Fr, 17.06.11, 17:30

Noch einmal etwas spezifizierter:
uns interessiert der Einbau der SMDs für 12V-Betrieb, d.h. je 4 Stück in Reihe, zum Einen als Rundum-Strahler, zum anderen für 120 - 180 Grad (Innenbeleuchtung)
Erfahrung im Löten von Schaltungen/Platinen ist vorhanden, jedoch nicht mit SMD.

Reicht hier zur Kühlung die Wärmeabfuhr über eine verlötete Anschluss-Platine?

Gruss / GW

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Diese Frage von g.wendebourg bezieht sich auf Nichia SMD LED warmweiß 120° NSSL157T-H3 und wurde durch den FAQ-Bot automatisch eingestellt.

Achim H · Sa, 18.06.11, 10:27

Noch einmal etwas spezifizierter:

Nicht spezifisch genug.

uns interessiert der Einbau der SMDs für 12V-Betrieb, d.h. je 4 Stück in Reihe, zum Einen als Rundum-Strahler, zum anderen für 120 - 180 Grad (Innenbeleuchtung)

Ist damit das Innere eines Wagen gemeint?
Wenn Ja, dann hast Du dort keine Spannung von exakt 12V, sndern irgendwas von ungefähr 11V (wenn die Batterie etwas leerer ist bzw. der Wagen längere Zeit nicht bewegt wurde) bis 13,8V (wenn die Lichtmaschine läuft). Damit die Leds auch bei wenig Spannung noch genügend Saft bekommen können, sollten Reihen nur mit 3 Leds bewerkstelligt werden.

Reicht hier zur Kühlung die Wärmeabfuhr über eine verlötete Anschluss-Platine?

Das kann man nicht pauschal beantworten. Zum Einen wissen wir nicht, mit welchem Strom die Leds betrieben werden sollen, zum Anderen wissen wir nicht, wie groß die Anschlussstellen sind. Diese Led ist eigentlich eine Highpower-Led in SMD-Baugröße. Sie wird zwar nicht so megaheiß wie ihre großen Brüder, aber ordentlich Wärme erzeugt auch sie. Und diese Wärme muss abgeführt werden. Damit das geschehen kann, müssen großzügig angelegte Kühlflächen vorhanden sein. Die Umgebungsluft muss aber an diese Kühlflächen heran kommen können, ansonsten hätte man einen Wärmestau und auf kurz oder lang würden die Leds trotzdem sterben. Falls die Leds irgendwo rein gebaut werden sollen, das kannst Du vergessen.

Erfahrung im Löten von Schaltungen/Platinen ist vorhanden, jedoch nicht mit SMD.

In diesem Fall würde ich Dir vom selber löten abraten. Die Led selbst ist nur 3,6mm lang und gerade einmal 1,5mm breit. Ein Normalo-Widerstand in Baugröße 0207 ist schon doppelt so lang. Auch würdest Du dafür eine eigene Platine benötigen. Auf eine Lochrasterplatine kannst Du die Led nicht auflöten (zum Einen passt das Raster nicht, zum Anderen hast Du dort nicht genügend Kupferflächen).

georgw · Sa, 18.06.11, 15:48

Vorab nochmal: diese SMD-LED ist für uns interessant, da sie für unsere Zwecke optimale Leistungswerte bietet und auch preislich interessant ist. Wenn man hier etwas mehr in die Verarbeitung investieren muss, ist das OK.

Achim H hat geschrieben:
Noch einmal etwas spezifizierter:
Nicht spezifisch genug.

uns interessiert der Einbau der SMDs für 12V-Betrieb, d.h. je 4 Stück in Reihe, zum Einen als Rundum-Strahler, zum anderen für 120 - 180 Grad (Innenbeleuchtung)
Ist damit das Innere eines Wagen gemeint?

Es geht um die Kajüte eines Segelbootes.

Wenn Ja, dann hast Du dort keine Spannung von exakt 12V, sndern irgendwas von ungefähr 11V (wenn die Batterie etwas leerer ist bzw. der Wagen längere Zeit nicht bewegt wurde) bis 13,8V (wenn die Lichtmaschine läuft). Damit die Leds auch bei wenig Spannung noch genügend Saft bekommen können, sollten Reihen nur mit 3 Leds bewerkstelligt werden.

Nach unserer Erfahrung (Messung) haben wir es zu tun mit 11,8 Volt (leere Batterie) und 14,5 Volt (Batterie wird geladen / fast voll). Alles unter 12 V kann ignoriert werden, da Batterie dann "platt".

Nach unserer Einschätzung ist jede LED in 4fach-Reihe OK, die ab ca. 3 Volt, besser ab 2,8V Licht abgibt. Durchschnittsspannung ist zw. 13 - 13,8 Volt.
Optimal ist es, wenn die LEDs bei Spannungen unter 13V (bzw 13/4=3,2V) in der Leistung nachlassen / den Verbrauch reduzieren bis herunter auf 10 - 20% der Nennlast. Bei solchen Unterspannungen soll Strom gespart werden.

Reicht hier zur Kühlung die Wärmeabfuhr über eine verlötete Anschluss-Platine?
Das kann man nicht pauschal beantworten. Zum Einen wissen wir nicht, mit welchem Strom die Leds betrieben werden sollen, zum Anderen wissen wir nicht, wie groß die Anschlussstellen sind. Diese Led ist eigentlich eine Highpower-Led in SMD-Baugröße. Sie wird zwar nicht so megaheiß wie ihre großen Brüder, aber ordentlich Wärme erzeugt auch sie. Und diese Wärme muss abgeführt werden. Damit das geschehen kann, müssen großzügig angelegte Kühlflächen vorhanden sein. Die Umgebungsluft muss aber an diese Kühlflächen heran kommen können, ansonsten hätte man einen Wärmestau und auf kurz oder lang würden die Leds trotzdem sterben. Falls die Leds irgendwo rein gebaut werden sollen, das kannst Du vergessen.

Die LED hat ja eine Max-Leistung von 0,5W. Hiervon wird ja ein großer Teil in Form von Licht abgegeben, also bleiben 0,2 - 0,3W als Wärmeleistung abzuführen.
Andere elektronische Bauteile (Widerstände, Dioden usw.) mit einer solchen Verlustleistung haben recht kleine Bauformen: Länge ca. 8mm, Durchmesser < 1mm (Plastikgehäuse) und müssen darüber diese Wärme abgeben. Ich denke, eine Kupferbahn mit vergleichbarer Oberfläche müsste es tun. Da werden dann Lötstreifenraster interessant, an die man bei Bedarf kleine Kupferbleche anlöten könnte.

Erfahrung im Löten von Schaltungen/Platinen ist vorhanden, jedoch nicht mit SMD.
In diesem Fall würde ich Dir vom selber löten abraten. Die Led selbst ist nur 3,6mm lang und gerade einmal 1,5mm breit. Ein Normalo-Widerstand in Baugröße 0207 ist schon doppelt so lang. Auch würdest Du dafür eine eigene Platine benötigen. Auf eine Lochrasterplatine kannst Du die Led nicht auflöten (zum Einen passt das Raster nicht, zum Anderen hast Du dort nicht genügend Kupferflächen).

Ich denke, ich könnte das breitere Raster (5mm) nehmen, und dann jeweils 2 Streifen mit einer LED "überbrücken".
Bei ca. 4mm Breite dürften die Kupferbahnen das bißchen Wärme der LED ganz gut abführen.

Was ich bisher nicht recht verstehe, ist die Bauform der LED. Unterwärts scheint sich auf beiden Seiten eine breite Metallbahn zu befinden. Ist das Kupfer (lötbar) oder wo müssen die Anschlüsse verlötet werden?
Ich könnte mir als unkonventionelle Anschlusstechnik vorstellen, einen Kupferblechstreifen mit Loch oder Schlitz zu verwenden, der dort mit der SMD-Kontaktfläche verlötet wird.
Die Kupferblechstreifen können sowohl die Wärme gut abführen als auch zum Anschluss verwendet werden.
Oder alternativ dicke Kupferdrähte (+-1mm), die die Wärme ebenfalls gut leiten und in eine Platine eingelötet werden können.
Beides ermöglicht ein Abweichen von der horizontalen Montage und damit Flexibilität des Leuchtwinkels, z.b. für Rundumlicht.

Insgesamt wäre interessant von LED-Kundigen zu hören, was man mit diesen Bauteilen machen kann (nicht nur, was man lassen sollte). Ich denke schon, dass wir in der Lage sind, ein wenig kreativ und geschickt auch mit SMDs umzugehen.
Alternativ bliebe auch interessant, inwieweit sich Matrix-Elemente passend modifizieren lassen: wenn sie bereits die Montage liefern, lassen sie sich vlt. anschliessend durch Modifikation anpassen!?

Dank für weitere Tips / Gruss
GW

Achim H · So, 19.06.11, 10:36

Die LED hat ja eine Max-Leistung von 0,5W. Hiervon wird ja ein großer Teil in Form von Licht abgegeben, also bleiben 0,2 - 0,3W als Wärmeleistung abzuführen.

150mA kannst Du auf die Led nicht drauf knallen, dafür wäre auch 2 Leiterbahnen a 5mm Breite viel zu wenig Kupfer.
Schau Dir mal die Matrix etwas genauer an. Diese Platine benötigt zwar 150mA, aber der Strom wird auf 3 Stränge aufgeteilt. Damit fließen dann noch 50mA über jede Led. Und die Platine, auf der die Leds montiert sind, hat 3mal Kupfer (Oberseite, Unterseite und mittendrin). Auch wenn die Leiterbahn, auf der die Leds montiert wurden, nur 1,5mm breit ist, so geht doch auch sehr viel Wärme durch das Platinenmaterial und trifft dort auf andere Kupferflächen, die letztendlich die Kühlung (den Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft) vornehmen können.

3,1V x 0,05A = 0,155 Watt --> weniger als ein Drittel von 0,5 Watt

Die Matrix ist für 12V konzipiert. Legt man dort eine Spannung von 13V oder 13,8V an, dann wird der Strom durch die Leds über die bereits montierten Widerstand neu erzeugt.

I = U / R

Auf meinen Matritzen (ich habe noch die alten Typen, die mit 66,6mA je Strang bestromt wurden) sind Widerstände mit 46,4 Ohm montiert.

Der Spannungabfall beträgt somit
46,4 Ohm x 0,0666A = 3,09V

Jede Led hat somit eine Vorwärtsspannung von
(12V - 3,09V) / 3 Leds = 2,97V

Für nur noch 50mA (der Strom durch jede Led auf der neuen Matrix) wird die Vorwärtsspannung nur minimal geringer ausfallen (geschätzt: 2,9V).
(12V - 3x 2,9V) / 0,05A = 66 Ohm --> nächst höherer, aber erreichbarer Wert = 68,1 Ohm

Legt man an die neue Matrix 13V oder 13,8V an, wird der Strom durch die Leds wieder etwas erhöht. Der stromeinstellende Widerstand ist fest verbaut.
(13V - 3x 2,9V) / 68,1 Ohm = 0,0631A = 63,1mA

Bei 63,1mA wird die Vorwärtsspannung wieder leicht ansteigen (geschätzt: 2,93V).

2. Rechnung mit angepassten Werten:
(13V - 3x 2,93V) / 68,1 Ohm = 0,0618A = 61,8mA

Bei 13,8V wird der Strom ebenfalls anders aussehen:
(13,8V - 3x 2,93V) / 68,1 Ohm = 0,0735A = 73,5mA

Bei 73,5mA wird die Vorwärtsspannung auch wieder leicht ansteigen (geschätzt: 3,02V).

2. Rechnung mit angepassten Werten:
(13,8V - 3x 3,02V) / 68,1 Ohm = 0,0696A = 69,6mA

Mit ausreichemden Abstand (damit an die Kupferflächen auch Luft von hinten bzw. unten dran kommen kann), kannst Du die Matrix noch mit 13,8V betreiben.

Im Übrigen sind 9 Leds auf einer Platine (fix und fertig aufgebaut) auch billiger wie 9 einzelne Leds.

Also:
Hol Dir die Matrix und verwende diese.

mfg Achim

georgw · Di, 05.07.11, 13:57

Hallo,

Dank noch einmal für die ausführliche Erklärung.

Damit sind jedoch noch nicht alle Fragen für uns beantwortet bzw. die Lösung z.b. für einen angepassten Rundumstrahler auf 12V-Basis steht damit noch aus.

Beim Thema Strombelastbarkeit von Leiterbahnen habe ich andere Werte, wie u.a. hier http://www.fs-leiterplatten.de/technik/ ... chtlinien/
Bei der Auslegung von Trafos mit eher schlechter Wärmeabfuhr (ungekühlt) hatte ich früher mit Werten von +- 10A/mm2 Stromdichte kalkuliert.
Auf der angegebenen Site kommen wir bei 5mm Leiterbahn / 35my auf 10A max. 150mA sollten da kein Problem sein.
So gesehen meine ich, dass das Verlöten der SMDs auf 5mm Leiterbahnen funktionieren müsste.

Zum 12V-Betrieb verstehe ich einerseits, dass man bei 12V 3 LED mit Vorwiderstand verwendet, um "auf der sicheren Seite" zu sein.
Andererseits bedeutet dieser Vorwiderstand einen Verlust von +- 25%.
Uns ist die Effizienz aber sehr wichtig.
Welches Argument spricht dagegen, 12V mit 4 LEDs zu beschalten? Real liegt unser Spannungsminimum bei 12,5 V, so dass pro LED 3,1 V anfallen. Brennen sie damit nicht? Ab welcher Spannung fangen sie an zu leuchten?
Wenn sie bei dieser Spannung unter der Nennleistung bleiben, wär das kein Problem, sondern ggf. erwünscht (Strom sparen bei schwacher Batterie). Die Durchschnittsbordspannung liegt bei 13,2V, also je LED 3,3V.

Im Übrigen wären wir an der Matrix nicht uninteressiert.
Voraussetzung wäre allerdings die Option, sie zu modifizieren, da sie so z.b. für Rundumlicht nicht geeignet ist.
Wenn wir aber ihre Anschlusstechnik übernehmen können, während wir die Gestaltung abändern, kommen wir damit womöglich weiter.Dafür müsste man ein genaueres Bild der Konstruktion haben.

Gruss / GW

Sailor · Di, 05.07.11, 14:26

Das mit vier LED´s in Reihe geht im Einzelfall. Eine Übertragung des Ergebnisses ist jedoch nicht ohne weiteres möglich. Insbesondere wenn die LED´s eines zweiten Aufbaus aus einer anderen Charge stammen (natürlich den gleichen Typ vorausgesetzt) kann der Strom durch die LED´s des neuen Aufbaus erheblich von dem des Prototypen abweichen.

Die Spannungsangabe der LED´s bezieht sich auf eine typische Spannung beim Nennstrom. Die tatsächliche Spannung kann davon (für die LED´s) erheblich abweichen.

Habe ich früher die Erfahrung gemacht, dass LED´s mit typ. 3,1 Volt beim Nennstrom eher 3,3 Volt benötigten, hat sich der Trend in den letzten beiden eher umgedreht, meist liegt die tatsächliche Spannung eher bei 2,9 Volt.

Das ist natürlich nicht repräsentativ, dafür ist die von mir eingesetzte Menge an Led´s des gleichen Typs aus unterschiedlichen Bestellungen zu gering.

Wenn Du den Strom mit Unterspannung einstellen willst musst Du sicherstellen, dass im Betrieb niemals eine Spannung anliegen kann, die für die tatsächlich eingesetzten LED´s zu einem gefährlich hohen Strom führt. Die Datenblattangabe "typ. Spannung" kannst Du zur Beurteilung nicht heranziehen.

TomTTiger · Mi, 06.07.11, 06:12

Hallo,

Beim Thema Strombelastbarkeit von Leiterbahnen habe ich andere Werte

Achim redet nicht von Strombelastbarkeit, wenn er sagt, 5mm sind zu wenig, sondern von der Kühlung der LED's.

Ihr werdet an der LED bei nur 5mm breiten Kupferbahnen zur Kühlung keine lange Freude haben, schon garnicht bei vollen 0,5W an der LED.

Es gibt auch für Kleinserie Lösungen, lasst euch Platinen machen, die SMD Pads (Anschlüsse der LED's) macht ihr etwas größer, nehmt ein paar Dokus, um die Wärme nach hinten auf die Montagefläche zu bringen und baut unter die Platinen ne Alukonstruktion, die die Wärme auf eine größere Fläche weiter verteilt. Besser zur Kühlung sind Multilayerplatinen, die haben im allgemeinen eine bessere Wärmeabfuhr als Standart 2-Layer 1,55mm FR4. Das Non-Plus-Ultra sind natürlich MCPCB's (ALukernplatinen), die sind aber deutlich teurer...

Grüße
Tom

Sailor · Mi, 06.07.11, 07:41

georgw hat geschrieben: Es geht um die Kajüte eines Segelbootes.

Das habe ich jetzt erst gesehen. Damit geht die 4er-Reihe garantiert nicht - jedenfalls nicht lange. Auch die 3er-Reihe mit einem großzügig auf 14,4 Volt berechneten Widerstand ist mehr als kritisch. Da hat bei meinen Versuchen teilweise nicht mal einen Törn gehalten.

Auch wenn Du nicht hören willst, was nicht geht.

Was geht ist eine lineare Stromquelle, die gut mit Kondensatoren und Widerständen (RC-Gliedern) gegen Spannungsspitzen abgesichert ist. Das ist jedoch nicht sehr effizient. Deshalb habe ich diese Möglichkeit nur getestet, aber nicht im Einsatz.

Wenn Du eine möglichst hohe Effizenz bei der Beleuchtung haben willst, kommst Du um eine getaktete KSQ nicht herum. Damit das ganze nicht zu teuer wird, habe ich ausschließlich High-Power-LED´s (meine sind noch von Cree, heute kämen auch Nichia in Betracht) eingesetzt. Diese betreibe ich an einer getakteten KSQ mit 350 mA.

Seit diesem Aufbau habe ich kein Beleuchtungsmittel mehr gewechselt. Und die Bavaria 390 hat viele Innenleuchten.

Dazu habe ich aber schon einiges hier im Forum geschrieben und auch Leuchten vorgestellt.

Zu Batterie:

Die Spannung der Batterie schwankt von 10,5 Volt nach einem langen Segeltörn und einigen Tagen in einer Bucht bis 14,4 Volt beim Ladevorgang und annähernd voller Batterie.

Aber das ist nicht der gesamte Spannungsbereich.

Einige Verbraucher erzeugen beim Schalten erhebliche Spannungsspitzen. Mit einem Peak-Spannungsmesser habe ich schon über 60 Volt gemessen. Das muss aber nicht das Maximum sein.

Zur Effizenz:

Dicke Leitungen (ich habe in der Beleuchtung keine Leitung unter 2,5 mm²) erhöhen die Effizenz aller Verbraucher erheblich. Auch wenn die Ströme mit den LED-Lampen erheblich kleiner werden, als sie mit Glühwürmchen waren, sind die Leitungen Verbraucher, die einiges an Energie schlucken.

Erheblichen Anteil an der Energiebilanz hat auch der Kühlschrank. Der Umbau auf ein moderneres Aggregat und die Verbesserung der Isolierung brachte mit einen Zugewinn von fast zwei autarken Tagen bei einer 500 Amperstunden Batteriebank.

Und der Umbau der Beleuchtung brachte im Sommer einen weiteren Tag, in den dunkleren Monaten natürlich mehr.

georgw · Do, 07.07.11, 16:40

Dank für die Rückmeldung.

Wenn an einem 12V-Bordstromnetz eine 4er-LED nicht funktioniert, wäre meine Frage: warum nicht?
Ich habe Angebote von 4er-Sofitten für 12V gesehen.

Falls Überspannung das Problem sein sollte: kann ich die nicht z.b. mit einer Zenerdiode abfangen, die ich parallel lege?
Evtl. könnte auch ein passender MOSFET helfen, der bei Überspannung als Vorwiderstand einspringt.

Wenn ich mit Konstantstromquellen anfange, dann wird die ganze Sache teuer und lohnt sich nicht mehr wirklich.

Thema Kühlaggregat ist klar: das läuft bei uns nur mit Landstromversorgung.
wir haben keine Bavaria, sondern nur einen älteren 28 Fuss Kielkreuzer, kleiner Bordbatterie und deutlich weniger Verbrauchern.

Gruss / GW

Sailor · Fr, 08.07.11, 07:16

georgw hat geschrieben:Ich habe Angebote von 4er-Sofitten für 12V gesehen.

Alle mir bekannten 12 Volt Lampen mit LED´s arbeiten mit einer, zwei oder drei LED´s in Reihe.

Natürlich gibt es auch Lampen mit 4 oder 18 LED´s oder auch einer anderen Zahl. Diese arbeiten halt mit zwei oder sechs oder ... Reihen - oder mit einer Elektronik.

Meine High-Power-LED-Lampen haben je nach Einsatzort und Lichtbedarf eine bis drei LED´s in Reihe und sind durch ie getaktete Stromquelle für Spannungen von etwa 9 Volt bis 36 Volt (eine oder zwei in Reihe) bzw. von etwa 11,5 Volt bis 36 Volt einsetzbar. Bei Spannungen darunter wird es dunkler.

Die Leisten mit Superflux-bzw. 5 mm-Led´s haben 27 oder 30 LED´s in 3er-Reihen mit einem auf 14,4 Volt berechneten Vorwiderstand. Zusätzlich habe ich noch eine In Reihe zum Vorwiderstand habe ich eine KFZ-Glühlampe von etwa 4 Watt als Kaltleiter und eine Zenerdiode zur Ableitung von Überspannungen.

georgw hat geschrieben:Wenn ich mit Konstantstromquellen anfange, dann wird die ganze Sache teuer und lohnt sich nicht mehr wirklich.

Gerade da lohnt es sich, ist doch die Gesamtinvestition nicht so hoch.
Sollten mehrere Lichtquellen gleichzeitig leuchten, können bis zu 3 LED´s an einer KSQ betrieben werden.

Durch die Besonderheit von Halbleiterbauteilen in Ihrer Reaktion auf Strom und Spannung kann die Spannungangabe bei LED´s nur zur Bestimmung der möglichen Anzahl in einer Reihe bei vorgegebener Spannung herangezogen werden.

Schon die Berechnung eines strombegrenzenden Vorwiderstandes ist mit dieser Angabe zumindest kritisch zu sehen und sollte hinterfragt/überprüft werden.