LED Thermomanagement

Einer der wichtigsten Punkte bei der Planung mit LEDs.

Die Temperatur hat großen Einfluss auf die Lichtausbeute einer LED. Dabei gilt: Je kälter die Umgebung, desto effizienter arbeitet die LED. Kalte Einsatzorte kommen ihr daher entgegen,

weshalb LEDs in der Außenbeleuchtung oder als Lichtquelle für Kühltruhen besonders effizient eingesetzt werden können.

Hohe Temperaturen wirken sich dagegen nachteilig auf die Lichtausbeute aus. Auch die Lebensdauer kann sich verkürzen. Seriöse Hersteller geben für ihre LEDs eine Umgebungstemperatur an, bei der Lichtströme und Lebensdauer ihrer LED-Leuchten und Module erreicht werden.

Anders als bei Glüh- oder Halogenlampen ist das abgestrahlte Licht einer LED zwar nicht warm, ebenso wie bei anderen Lampen setzen aber auch Dioden nur einen Teil der Energie in Licht um – innerhalb des Halbleiters entsteht Wärme. Diese Wärme muss unbedingt abgeführt werden, damit LEDs möglichst effizient arbeiten und eine hohe Lebensdauer erreichen. Das gilt vor allem für LEDs, die mit hohem Betriebsstrom arbeiten.

LEDs fallen nicht aus. Ihre Lichtintensität nimmt mit der Zeit aber ab. Die Lebensdauer (L) einer LED muss deshalb für jede Anwendung definiert werden. Das Ende der Lebensdauer ist erreicht, wenn die LED nur noch 70 Prozent (L70) oder 50 Prozent (L50) des Lichtstroms abgibt, der am Anfang gemessen wurde. Die Lebensdauer einer LED hängt stark von der Umgebungs- und Betriebstemperatur ab. Die Grafik zeigt: Wird die LED mit einer höheren Temperatur (siehe Tc1) oder mit schlechtem Thermomanagement betrieben, verkürzt sich ihre Lebensdauer.

Verschiedene Arten der "Entwärmung" (Kühlkörper)

Für die Wärmeableitung sorgt das sogenannte Thermomanagement. Dabei wird die Wärme über Platine und Leuchtengehäuse abgeführt (= passive Kühlung). Eine großflächige, feste Verbindung von Leiterplatte und Gehäuse fördert die Wärmeableitung. Bei manchen Leuchtenmodellen vergrößern Kühlrippen die Oberfläche und senken so die Temperatur, bei anderen Bautypen werden auch Luft- oder Wasser zur Kühlung (= aktive Kühlung) genutzt.  Die optimale Kühlung allerdings bietet für Hochleistungs-LEDs derzeit die passive 2-Phasen Hybrid-Kühlung. Diese Form der Kühlung überträgt die Wärme durch Verdampfen und Kondensieren eines Arbeitsmediums in einem Vakuum. Damit wird die Wärmeableitung gegenüber Kupfer- und Aluminiumkühlkörpern um ein 100faches erhöht. Im Ergebnis können Leuchten in höheren Umgebungstemperaturen und mit deutlich längerer Lebensdauer betrieben werden.