Test Nichia-LED NF2W757ART

[Mr Fix-it]

Hallo Leute,

habe mal die Nichia LED, wie ich sie auch bei meiner Wohnraumleuchte verwendet habe, einem kleinen Test unterzogen.
Verwendt habe ich die Nichia NF2W757ART, warmweiß und weiß, jeweils zwei gleicher Farbe in Reihe. Bestromt habe ich mit einem
PLC 9 - 30 V @ 700 mA.

Die LEDs bekommen in der Tat 350 mA auf die Ohren. Ich habe nach dem gleichen Prinzip gearbeitet wie bisher. Also Kupferstreifen selbstklebend an die LED gelötet und das ganze auf eloxiertes Alu geklebt. Dieses Alu 70 x 40 x 2 mm habe ich mit Wärmeleitpaste auf einen CPU Kühlkörper Standard Intel P4 gesetzt.

Nach 30 Minuten Betrieb waren es an der Kathode der LED weiß wie warmweiß 80°C und zwischen den Lamellen des Kühlkörpers (siehe Bild) 50°C
Bin überrascht, das die LED das aushält, denn der Hersteller gibt 200 mA als Spitzenlast an.

Sicher ist bei dieser Leistungsaufnahme die Effizienz dahin, aber mir ging es jetzt mal mehr darum, was die LED so aushält. Also ganz so ängstlich brauch man nicht zu sein, wie ich es bisher war. Anbei noch ein paar Bilder:

Spannung

Strom

Versuchsaufbau

Messen

Gruß
Mr. Fix-it

PS mache morgen noch einen Test, aber über einige Stunden. Werde zu Anfang und zum Schluss mit einem Belichtungsmesser Werte erheben. Damit weiß ich zwar nicht wie hell die Teile sind, ich kann aber bemerken ob sie nachlassen, wobei ich nicht glaube, das die Testzeit von ein paar Stunden da schon was zeigt.

[Achim H]

Verwendt habe ich die Nichia NF2W757ART, warmweiß und weiß, jeweils zwei gleicher Farbe in Reihe.
...
Die LEDs bekommen in der Tat 350 mA auf die Ohren.

Demnach sind die beiden Stränge (je 2 gleiche Leds in Reihe) parallel geschaltet.

Bestromt habe ich mit einem PLC 9 - 30 V @ 700 mA.

Einigen wir uns auf eine 700mA Konstantstromquelle (laut Bild ist es ein LPC-20-700).

Nach 30 Minuten Betrieb waren es an der Kathode der LED weiß wie warmweiß 80°C und zwischen den Lamellen des Kühlkörpers (siehe Bild) 50°C Bin überrascht, das die LED das aushält, denn der Hersteller gibt 200 mA als Spitzenlast an.

Bei soviel Aluminium und die Rippen des oversized Kühlkörper in optimaler Wärmeabgabe-Position sicherlich kein Wunder. Der Led-Chip ist aber noch etwas heißer.

Die Led hat einen Wärmewiderstand von max. 17°C/W. Bei 13,38V (für 2 Leds in Reihe) beträgt die Vorwärtsspannung somit 6,69V.
6,69V x 0,35A = 2,3415 --> abgerundet 2,34 Watt.
2,34 Watt x 17°C/W = 39,78°C, die auf die 80°C noch drauf gerechnet werden müssten.
Pi mal Daumen also 120°C = maximale Sperrschichttemperatur (Tj = max. 120°C).

Würde mich aber trotzdem mal interessieren, wie lange die Led damit überleben würde.

[Mr Fix-it]

Hallo Achim,

da ist er wieder. Gehe mal davon aus, das so wie Deine Antwort aussieht, Dein Netz so weit wieder halbwegs läuft. Schön so.
Mich interessiert es auch, deshalb will ich den Test mal machen, bin gespannt wie viele Stunden die morgen bei den Werten durchhalten, werde berichten.
Ja die Stränge sind parallel geschaltet, wollte ja richtig gut war drauf geben und um über die 9 V zu kommen musste ich zwei in Reihe schalten.

Gruß
Mr. Fxi-it - diesmal macht er was kaputt.

PS Ich warte nicht bis die LED's endlich hin sind, nicht das es mir geht wie beim Test der Cree LED und das Ding unter diesen Umständen nach 50.000 h noch nicht hin sondern nur dunkler ist.

[Achim H]

Ab und zu mache ich auch was kaputt, auch absichtlich.
Vor kurzem erst habe ich ein Led-Blitzlicht gebaut. Die Leds haben genau 1mal geblitzt, danach waren sie Schrott.
Spaßig ist auch: eine Led anschließen und dann den Strom ganz langsam hochdrehen (ohne Rücksicht auf Verluste). Man glaubt gar nicht, wieviel Licht man aus einer Highpower Led rauskitzeln kann, bevor sie hinüber ist.

Internet funktionuckelt momentan recht brauchbar.

[Mr Fix-it]

Draußen sieht es aus als sei Herbst, genau das richtige Wetter um meinen Test zu machen.
Hier ein paar Bilder zur Versuchsanordnung und dem Messgerät.

Üblich wird mit dem Streudeckel gemessen, da ich aber das Umgebungslicht möglichst ausblenden möchte, messe ich ohne, so wird die Fotozelle direkt von den LED's im Pappschacht angestrahlt. Zwei Messwerte gibt es schon, fertige unten eine Datenzeile.

Hier der Pappschacht in den ich die LED-Anordnung zum Messen stelle. Sowohl die Position der LED's im Schacht als auch die des Messgerätes habe ich durch eindeutige Marken festgelegt.

Gemessen wird bei folgenden Einstellwerten: Film-ISO 100 (relativ gering, verhindert den Einfluss von Fremdlicht), Belichtungszeit 1/250 Sekunde (ebenfalls Fremdlicht Verhinderung weil kurz) der Belichtungsmesser wird waagerecht vor den Schacht, mit der einen Seitenfläche auf dem Tisch, gestellt und dann mit der Messtaste ausgelöst.

Messwerte, werden stetig ergänzt:
Blende 8,09 (unmittelbar nach dem Einschalten LED's noch kalt)
jetzt messe ich alle 20 Minuten, ein digitaler Timer erinnert mich, die Werte schreibe ich hier einfach hintereinander (Wert nach jeder vollen Stunde fett)

8,06, 8,06, 8,04, 8,02, 8,03, 8,02, 8,02, 8,02, 8,02

Nach einer Stunde: LED's haben inzwischen 95°C an der Kathode gemessen. Netzteil hat 46°C. Raum 26°C

Nach zwei Stunden: Spannung 13,12 V, Stromaufnahme: 700 mA, LED-Kathode 102°C, eine LED scheint inzwischen weniger Licht zu liefern,
die anderen sehen unverändert aus, soweit das mit dem Auge zu beurteilen ist.
Werde den Test nach drei Stunden unterbrechen, LED's abkühlen lassen und erneut starten.

Nach drei Stunden: Spannung und Strom unverändert, Temperatur auch nicht mehr gestiegen, Messwerte Licht konstant, Allerdings sieht eine LED nicht mehr wirklich gut aus. Sie Leuchtet wohl noch recht stark, aber deutlich schwächer als die anderen, eine Hälfte der LED sieht verbrannt aus.

Hier hat sicher der schlechte Kontakt zum Untergrund zu dem Teilausfall geführt, man erkennt eindeutig, das die LED leicht hoch steht, Fehler im Versuchsaufbau

Versuch ist jetzt unterbrochen, bis LED's abgekühlt, möchte wissen wie sich der Materialstress von 102°C auf 25° C und dann wieder auf 102° C auswirkt.


Bin gespannt wie lange es dauert, bis sich was messbares tut. Den Abfall der Lichtleistung ganz am Anfang führe ich auf den Umstand zurück, das die LED's noch kalt waren. Während des Versuchs haben die LED's an der Kathode 80°C und der Kühlkörper hat 50°C. Zwischen den Messungen werden die LED's aus dem Schacht genommen damit die Kühlung stimmt.

Gruß
Mr. Fix-it

[Mr Fix-it]

Versuch beendet. Versuch nachdem LED abgekühlt wieder gestartet.

Lichtmessung, gleiche Bedingungen wie oben:
Start: Blende 8,06
Spannung: 13,25
Strom: 700 mA

Warte jetzt bis die Teile wieder auf Temperatur sind und messe dann noch einmal.
Bis in ca. 40 Minuten

Die LED's haben wieder 102°C Temperatur (habe den Kühler was ungünstig hingestellt, so ging es schneller) Eine LED fast komplett ausgefallen. Es bestätigt sich, das die Kupferstreifen bei korrekter Montage und guten Kontakt zum eloxierten Alu die Wärme mehr als ausreichend abführen und das die LED'S mehr aushalten als man laut Datenblatt annehmen dürfte.

Die Messungen zum Licht sind nicht besonders aussagekräftig, da sich die Messwerte zu wenig verändert haben, obwohl eine LED fast komplett ausgefallen war, das bedeutet immerhin 25 % weniger Licht. Aber sonst vielleicht ganz aufschlussreich.

Gruß
Mr. Fix-it

[stoske]

Das selbstklebende Kupfer halte ich für eine Schwachstelle. Wahrscheinlich wäre es besser normales
Kupfer zu nehmen und es selbst mit einem temperaturstabilen Kleber zu befestigen. Die Selbstklebe-
schicht ist nur eine Klebefolie die mit Wärme oder gar Hitze sehr schlecht zurecht kommt.

[Mr Fix-it]

Hallo stoske,

laut Herstellerangaben ist der Kleber hitzebeständig bis 350°C. Alle übrigen LED's haben ja gehalten und sind nicht ab geraucht.
Die LED's aus dem Test waren zum Teil schon einmal aufgeklebt, was die Klebeschicht sicher nicht besser gemacht hat.

Da es sich hier um eine Anforderung gehandelt hat, die so nicht vorkommt (sehr schlechte Effizienz, kurz Lebensdauer, enormer Kühlbedarf)
würde ich mal sagen, das in der üblichen Einsatzumgebung keine Probleme auftreten, weil der verzinnte Kupferstreifen von 4 mm Breite
schon reicht die Wärme von üblich 0,6 W abzuleiten, selbst 1,2 W sind kein Thema, hier waren es mehr als 2,4 W.

Trotzdem habe ich unter und neben jeder LED noch einen Punkt Wärmeleitpaste gesetzt um diesem Problem zu begegnen, und an drei von vier LED's hat es im Härtetest gehalten, eine schlampig aufgeklebte LED ist abgeritten, gut so, man muss halt sauber arbeiten, was ich in diesem Fall wohl nicht getan habe.

Letztlich ist das Ergebnis in jedem Fall überraschend.

1. Kupferstreifen reichen zum Ableiten auch großer Wärmemengen, wenn der Kontakt zum Kühlkörper stimmt.
2. Die LED's halten auch über größere Zeiträume (Testdauer insgesamt 5 h) mehr als 300 mA aus.
3. Die LED's laufen auch bei Kathoden-Temperaturen von mehr als 100° C noch problemlos weiter (Messpunkt direkt neben der Kathode auf dem verzinnten Kupfer),
womit der Wärmewiderstand in jedem Fall viel kleiner als 17K/W liegen muss, da sonst die Sperrschicht sich verabschiedet hätte. Kann natürlich auch sein, das selbige dauerhaft mehr als 120 °C verträgt, ist aber eher unwahrscheinlich.

Gruß
Mr. Fix-it

[Borax]

das die Sperrschicht dauerhaft mehr als 120 °C verträgt, ist aber eher unwahrscheinlich.

Nö. Sogar mehr als 150°C sind (für kurze Zeit im Sinne einiger Stunden) kein Problem. Siehe: viewtopic.php?f=37&t=4019&p=67070
Wenn Du die Temperatur der Sperrschicht messen willst:
viewtopic.php?f=31&t=12079

[Mr Fix-it]

Hallo Borax,

habe mir Deinen Beitrag angesehen, sehr gute Arbeit, da kann ich nicht mithalten. Du hast aber eine Cree LED im Test verwendet. Die ist mit einer Maximum Junction
Temperatur von 150 °C angegeben, bei der Nichia in meinem Test sind es dagegen laut Datenblatt nur 120°C, (http://www.leds.de/out/media/65763.pdf)

Mein Test hatte eine andere Absicht. Wird die Chiptemperatur errechnet, dann kommt man bei 80°C Messwert und 2,34 W Leistung auf ca. 120°C für die Sperrschicht. Mir ging es darum, das der Wert für den Wärmewiderstand der LED mit 17°C/W (laut Datenblatt) zu hoch angenommen wird, denn dann hätten bei 102°C neben der LED, die zu dem Zeitpunkt 2,34 W Leistung brachte, wenigstens 141,2°C im Chip herrschen müssen und dabei ist der Wärmewiderstand des Kupfers nicht berücksichtigt (Messung neben der Kathode). Das die LED das über Stunden aushält, halte ich bei der angegebenen Junction Temperatur für unwahrscheinlich (eine die leicht über den Messwerten lag, weil die Kühlung nicht okay war, hat sich nach 60 Minuten Testzeit verabschiedet).

Leider habe ich diese LED nicht ständig überwacht, sonst könnte ich das jetzt genauer sagen. Der Aufwand an Messtechnik wird dann einfach zu groß, zumindest für einen kleinen Bastler wie mich. Ich wollte feststellen ob die LED auch bei einem Strom von 350 mA durchhält, und wenn ja, wie lange (nur sehr kurz oder über Stunden). Damit möchte ich die Trimmung über die Vorwärtsspannung als weniger kritisch untermauern, als sie vielfach betrachtet wird. Üblich wird diese LED mit 100 mA max. mit 200 mA bestromt, das sie so gut mit 350 mA zurecht kommt, hat doch verwundert, mich zumindest (klar, die Kühlung wurde stark erhöht, deshalb sind die Werte kritisch zu betrachten)

An Deine ausgeklügelten Testmethoden reicht das natürlich nicht ran. Im Grunde habe ich nur Spannung und Strom gemessen sowie die ungefähre Temperatur, keine Tabelle, keine Berechnungen, einfach nur ein Test mit 350 mA Strom an einer LED die max. für 200 mA ausgelegt ist. Ob das der LED schadet oder nicht, kann ich natürlich nicht sagen. Aber das die Cree im jüngsten Langzeittest 50.000 h bei 120°C durchgehalten hat und immer noch mehr als 60% Lichtleistung lieferte, spricht für sich. Ich denke die LED's sind nicht so sensibel wie oft angenommen wird, mehr wollte dieser Test nicht zeigen.

Gruß
Mr. Fix-it

[CRI 93+ / Ra 93+]

Ab und zu mache ich auch was kaputt, auch absichtlich.
Vor kurzem erst habe ich ein Led-Blitzlicht gebaut. Die Leds haben genau 1mal geblitzt, danach waren sie Schrott.
Spaßig ist auch: eine Led anschließen und dann den Strom ganz langsam hochdrehen (ohne Rücksicht auf Verluste). Man glaubt gar nicht, wieviel Licht man aus einer Highpower Led rauskitzeln kann, bevor sie hinüber ist.

Internet funktionuckelt momentan recht brauchbar.

Hmm, mir ist das mit einer XP-E direkt an 2 Babyzellen (ohne Vorwiderstand, allerdings auch ohne Kühlkörper) mal passiert: die LED wurde gefühlt heller, dann blau und dann hat sie sich abgelöstet (alles zusammen hat ca. 3-5 Sekunden gedauert).
Habe dann ein Stück Kupfer bis zum Lampensockel als Kühlung drangelötet: keine Probleme mehr (außer, dass auch mit vollen Batterien gerade mal ca. 110 mA erreich werden, die Kontaktfedern der Fahradlampe usw. bringen es auf ca. 1-2 Ohm, mit Kupferdrähten direkt an die Batterie fließt ca. der doppelte Strom.)

Die LED leuchtet noch, auch nach dieser Tortur gar nicht mal so schwach, der Schaden hält sich offenbar in Grenzen. Aber ich schlussfolgere, dass die Wellenlänge des blau sich durch das Erhitzen soweit verändert hat, dass das Phosphor darauf so gut wie gar nicht mehr reagiert hat und einfach nur das blau durchschien.

Man kann das sehr gut bei roten LEDs beobachten: wenn man daran lötet, während sie leuchten und der LED-Chip wird heiß, verschiebt sich die Farbe nach orange, bevor die LED hinüber ist (wenn dieser Effekt deutlich sichtbar ist, dürfte die zulässige Temperatur bereits überschritten sein).