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Wärmemanagement

Wie bereits oben erwähnt, generieren Leuchtdioden neben dem Licht auch Wärme, die abgeführt werden soll. Bei Leuchtdioden mit einer Leistung von weniger als 0,25 W sind ihr Gehäuse und ihre Stromzufuhr ausreichend, um die generierte Wärme in der Leuchte zu verteilen. Mid-Power-Leuchtdioden, wie z.B. Duris E5, erfordern bereits ein verbessertes Kühlverfahren, vor allem in Gestalt von großen Kupferflächen, die sich direkt unter der Diode auf einer Leiterplatte (PCB – Printed Circuit Board – gedruckte Schaltung) befinden. Bei dicht aneinander geordneten Mid-Power-Leuchtdioden bzw. bei der Anwendung von PowerLED sollte man entsprechende Untergründe, die Wärme ableiten, und Gehäuse mit Radiatoren, die Wärme in der Umgebungsluft aufteilen, anwenden. Diese Art von Untergründen werden MCPCB (Metal Core Printed Circuit Board) genannt – es handelt sich um Leiterplatten mit einem Metallkern. Sie werden meistens aus Aluminium, seltener aus Kupfer angefertigt.

PCB – Überblick
(Cree Inc.)

Querschnitt einer herkömmlichen PCB

MCPCB – Überblick
(Cree Inc.)

Querschnitt einer MCPCB

Der wesentliche Parameter, der den Wirkungsgrad der Wärmeabfuhr beschreibt, ist die thermische Resistenz der einzelnen Stoffe. Die in Kelvin pro Watt der abgeleiteten Leistung (K/W) angegebene Größe beschreibt den Temperaturanstieg eines Elementes bei einer in diesem Element abgeleiteten Leistung. Alle Leuchtdioden verfügen in ihrer Spezifikation über solch einen Wert, den man beim Entwurf einer PCB bzw. einer Leiterplatte mit Metallkern und von Gehäusen/Radiatoren berücksichtigen sollte. Herkömmliche Leiterplatten weisen im Vergleich zu Leiterplatten mit Metallkern, wenn auch der einfachsten Konstruktion, eine hohe thermische Resistenz auf. Aus diesem Grund sind sie vor allem für die Anwendung in Leuchtdioden mit einer Leistungsfähigkeit von bis zu 0,5 W geeignet, wobei man jedoch annehmen sollte, dass sie über eine entsprechend große Kupferfläche zur Wärmeabfuhr verfügen. Man kann natürlich auch modifizierte Leiterplatten, die in manchen Beleuchtungssystemen sogar die Anwendung von PowerLED ermöglichen, verwenden. Leiterplatten mit einem Metallkern eignen sich für alle Typen von Leuchtdioden (in manchen Fällen ist die MCPCB für die Wärmeabfuhr in Leuchtdioden – wie Radiator – ausreichend). Als Nachteil der Anwendung von Untergründen dieser Art erweisen sich ihr Preis und die für die Ausführung erforderliche Zeit.

Beim Entwerfen von Leuchten sollte man die durch den Untergrund mit Dioden ermöglichte Verteilung der Wärme (in Fällen, in denen das gesamte Gehäuse der Leuchte die Funktion eines Radiators erfüllt) an äußere Radiatoren oder einen Pfad der niedrigsten thermischen Resistenz berücksichtigen. Aus diesem Grund verfügen die meisten unserer Produkte über Gehäuse aus Aluminium, die nicht nur eine Wärmeverteilung ermöglichen, sondern auch ästhetisches Design verleihen und den Ausgangslichtstrom zu gestalten helfen.

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