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LEDs haben eine erheblich längere Lebensdauer als andere Leuchtmittel, solange man die Temperatur und den Strom durch den Halbleiter begrenzt. Werden LEDs schonend betrieben, dann ist die Alterung im Anwendungsfall ein relativ langsamer Prozess und Veränderungen wie der Rückgang der Helligkeit oder eine Farbverschiebung fallen deswegen zunächst nicht auf.

Zum Ende der Lebensdauer ergibt sich jedoch eine relativ unterschiedliche Farbe von LEDs, wie es das folgende Bild zeigt:


 

Bei den üblichen weißen LEDs ist ja die eigentliche LED blau und das blaue Licht muss durch einen PhosphorFarbstoff hindurch passieren. Ein Teil des Lichts gelangt unbeeinflußt hindurch der andere Teil wird grob gesagt gelb gefärbt. Die Mischung von Blau und Gelb ergibt dann ein weißes Licht. Bei einer Alterung von LEDs kann sich die Gewichtung von Blau zu Gelb nun Verändern, so dass die LEDs nicht mehr weiß, sondern Blau und Gelb zueinander wirken. Bei einer Alterung von LEDs wird anfänglich eine leichte Verschiebung zu Blau auftreten, die dann bei zunehmender Alterung sich wieder zurück in Richtung Gelb verschiebt: Werden LEDs grundsätzlich zu heiß betrieben und dadurch ihre Alterung beschleunigt ist die blauliche Verschiebung verringert und die Verschiebung zu Gelb beschleunigt. Findet eine vorschnelle Verschiebung von LEDs in Richtung gelb statt, dann ist dies ein starker Hinweis darauf, dass die LED zu heiß betrieben wird.

Um ein einheitliches Leuchtbild zu erhalten oder zu erreichen, ist deswegen auch eine Begrenzung der Temperatur besonders wichtig.

Insbesondere bei Frontscheinwerfern von Autos möchte man zwei möglichst homogen leuchtende gleiche Scheinwerfer über einen längeren Zeitraum betreiben. Wird nach mehreren Jahren z.B. ein Schweinwerfer verursacht durch einen Unfall getauscht und eine farbliche Überienstimmung beider Scheinwerfer ist nicht vorhanden, so ist das Bild des Fahrzeugs dadurch gemindert. Ein Tausch des Leuchtmittels der anderen Seite würde dann angebracht sein, wird aber nicht durch die Scheinwerfer ermöglicht.

Da eben auch LED Leuchtmittel verschleißen und zwar auch farblcih erkennbar, also ein Verschleißteil darstellen, müssen diese tauschbar vorgesehen werden, es sei denn sie würden tatsächlich so kühl betrieben, dass nicht durch Streß die Lebensdauer verkürzt wird. Doch genau das wird bei Scheinwerfern im KFZ gemacht, indem die Scheinwerfer nur auf 8000h Betriebstunden ausgelegt werden, also rund fünfmal schneller altern, als es der Fall sein müßte.

Die Ursache von Farbverschiebung von LEDs wurde untersucht von Davis, Mills, Yaga, Johnson.

Fahrer von LED Scheinwerfern stellen eine farbliche Abnutzung ihrer LED Scheinwerfer fest ein paar Links:
LED Scheinwerfer Lichtfarbe
LED Matrix wird gelblich?
Ablendlicht Gelb Fernlicht Matrix Weiß
Tagfahrlicht Gelb
Linker Adapt. LED Scheinwerfer andere Lichtfarbe ?

 

Ein Vergleich der Neuen Berechnungsmethode LED-Temperature-Protection kurz L-T-P  zum Einsatz eines NTC Temperaturfühlers:

 

Eigenschaft L-T-P NTC
Rechenaufwand höher geringer
Auflösung hoch hoch
Genauigkeit Sensor mittel mittel
Aussagekraft hoch mittel
Kosten gering hoch
Reaktion schnell langsam
Platzbedarf minimal hoch
 Zuverlässigkeit hoch mittel

 

Es wird ein höherer Rechenaufwand bei L-P-T eingesetzt, um entsprechende Vorteile zu erreichen. In der heutigen Zeit der modernen Mikrocontroller stellt dies jedoch kein wirkliches Problem mehr dar. Selbst mit 8bit Mikrocontrollern kann die Methode eingesetzt werden, es hängt natürlich davon ab, wie viele Eigenschaften die Software in der jeweiligen Anwendung abdecken soll.

Die L-T-P Methode kann durch Software Bauteile und Kosten sparen und zugleich die Zuverlässigkeit erhöhen.

Die Zuverlässigkeit gegenüber einer NTC Lösung ist insbesondere deswegen ungleich größer, weil praktisch keine externen Einflüsse die direkte Messung unbemerkt verfälschen können. Der NTC kann hingegen leicht manipuliert werden, indem er z.B. vom Kühlkörper entfernt wird, bzw. sein Widerstand durch Verschmutzung geändert wird. L-T-P beinhaltet das Vermessen des Ausgangs, wie ein Bauteilprüfer, kann der richtige Widerstandswert am Ausgang beobachtet werden und darauf die Software reagieren.

Nutzen Sie die Rechenleistung ihres Mikrocontrollers und sparen Sie Bauteile und Kosten ein. Unter Umständen können Mikrcontroller auch gleich analoge ICs komplett mit einsparen. Außerdem ist die Firmware eines Mikrocontroller, der beste Schutz vor Kopien.

 

BOOST BUCK NXP Demo Board

 

Sensorless LED temperature measurment with ASL2415SHN

 

Dieses Beispiel basiert auf neuen digitalen NXP ICs: ASL4500SHN und ASL3416SHNY die über einen SPI Bus eingestellt werden. Insbesondere der ASL3416SHNY ist als Hysterese Schaltregler bestens geeignet, er garantiert mit enger Toleranz und sehr kleinen Brummströmen LED Ausgangsströme, die extern als PWM Kanal gesteuert werden können. Das Demo board ist z.B. erhältlich über Farnel:

ASL45XASLX41

 

Das Demo Board wird bei uns von einem FRDMKEAZ128 uC Board basierend auf einem CortexM0+ angesteuert.

Links ist eine weiter Platine, die eine 4 Kanal Matrix Ansteuerung erlaubt.

 

 

 

Matrix Dimming kann auch in Kombination mit der Tj Messmethode eingesetzt werden ! Hierzu muss ein Puls, der jeweils zu messenden LED, für eine kurze Zeit einzeln angesteuert werden, z.B. indem ein Puls ein phasenoffset erhält, so dass die Intzensität in der Summe gleich bleibt.

 

Strom und Spannung eines LED Strings mit zwei Kanal Dimming während der Messung zur Bestimmung der Junction Temperatur.

LED driver using the PIC16F1765

 

Bei diesem Beispiel wird ein Microcontroller für die gesamte LED Steuerung inklusive Stromregelung und PWM Dimmung eingesetzt. Die heutigen Microcontroller insbesondere auch CortexM Varianten sind mittlerweile so leistungsfähig, dass eine Einsparung analoger Schaltungs ICs dadurch ermöglicht wird. Der eingesetzte PIC hat analoge Elemente integriert, die digital eingestellt werden. Diese Schaltung kommt in einer Kopflampe zum Einsatz, bei der der Treiber im Batteriefach sitzt und die LED im Lampnekopf über eine 2 polige Leitung angeschlossen ist.

 

LED Temperatur Schutz soll die LED unter allen Bedingungen davor schützen, Schaden zu nehmen und damit die Lebensdauer der LED erhalten.

Was passiert also, wenn eine LED ohne Kühlanbindung eingeschaltet wird? Kann die Regelung rechtzeitig die LED zurücknehmen und die junction Temperatur ausregelen?

 

OSRAM automotive OSTAR
Automotive OSRAM LED mit einem aufgeklebten Temperaturfühler.
Die LED wurde so frei in Luft betrieben.

 

 

LED temperature protection keeps LED below junction temp limit with no cooling present

Der LED Temperatur Schutz  begrenzt die  Junction Temperatur bei ungefähr  153°C .

Dieser Schutz funktioniert auch, wenn man eine unbekannte LED, die noch nicht präzise abgeglichen wurde, an den Treiber anschliesst. LEDs haben alle leicht unterschiedliche Vorwärstsspannungen, die aus der Toleranz der Herstellung her resultieren. LEDs die eine relativ höhere Betriebsspannung bei dem gleichen Strom und der gleichen Temperatur haben, besitzen eine steilere Krümmung. Diese Krümmung kann per Software ausgewertet werden und hängt nur sehr gering von der Temperatur ab. 

Durch die Intelligenz der Software können unbekannte LEDs an das System angeschlossen werden und als solche erkannt werden, die Betriebsparameter der Berechnung passen sich im laufendem Betrieb der LED an.

 

Die Einsparung für hohe Stückzahlen liegt bei Scheinwerfern bei ca. 25 cent pro NTC Kanal.

Das Verfahren kann lizensiert und in einer eigenen Anwendung  integriert werden oder wir entwickeln für Sie eine komplette Steuer-Elektronik.


Für automobile Anwendungen bieten sich die automotive Treiber ICs von NXP für unsere Methode an es können aber auch Treiber anderer Hersteller zum Einsatz kommen.

Hierzu gibt es ein Demoboard, welches über Standarddistributoren mittlerweile bestellt werden kann: ASL45XASLX41

 

Sie können für Experimente das Demoboard für 10 EUR erhalten, welches über eine serielle Schnittstelle und ein Terminalprogramm angesteuert werden kann.

 

PIC16f1765  LED Temperatur Scchutz Demo Platine :

 

                                      

                                       Demo Platine Einsatz z.B. geeignet für Stirnlampe Fahrradlampe usw.

 

Dieser Treiber ist ein frei programmierbarer Schaltregler, der sowohl als Strom-Regulator, als auch als Spannungs-Regulator konfiguriert werden könnte. Die Taktfrequenz liegt hier im Bereich von mehreren hundert kHz und der programmierbare Ausgangsstrom im Ampere Bereich. Betrieb kann als Einzelgerät z.B. in einem Scheinwerfer oder Batterie versorgte Lampe erfolgen oder in Kombination mit einer seriellen Schnittstelle etc.

Für weitere technische Fragen und mögliches Interesse an einer technischen Nutzung schreiben Sie uns an:: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

US PAT 9326349