Resteverwertung: Tischleuchte mit Nichia NF2W757DR

[ustoni]

Vor ein paar Tagen hat mich die Nachbarstochter (Teenie, 13 Jahre) gefragt, ob ich für sie nicht mal eine kleine "Lampe" für ihren Schreibtisch bauen könnte. Also hab ich mal geschaut, was bei mir noch so rumliegt. Ein paar 060er COBs von Nichia hab ich zwar noch, aber rund 1900 lm bei 350 mA wäre dann doch ein ziemlicher "Overkill" gewesen. Ebenfalls noch vorhanden: ein paar NF2W757DR von Nichia. Dazu passte dann eine noch vorhandene KSQ Typ ELP3X1PS (http://www.leds.de/LED-Zubehoer/Stromqu ... xid-1.html).

Als Sockel dient ein noch vom letzten Projekt vorhandenes Stück Granitplatte (ca 6 x 9 cm, 2 cm dick), Halterung für die LEDs ist ein ca. 36 cm langes Stück Alu-Flachprofil aus eloxiertem Aluminium mit 2 cm Breite und 2 mm Stärke. Zum Verkleben von Granitplatte und Aluprofil hab ich etwas UHU endfest 300 angemischt und die Klebestelle mit einer Schraubzwinge fixiert:

In diesem Fall muss man den Kleber bei Raumtemperatur aushärten lassen (ca. 12 Stunden). Bei Raumtemperatur hat der Kleber eine pastöse Konsistenz, wodurch auch größere (ca. 1 mm) Abstände zwischen Bruchkante der Granitplatte und Aluprofil überbrückt werden. Würde man die Klebestelle tempern, würde der Kleber dünnflüssig und teilweise aus der Klebestelle herauslaufen.

Zwischendurch wurden die LEDs vorbereitet. Hierzu habe ich 2 ca. 5 mm breite Streifen selbstklebende Kupferfolie satt verzinnt und mit Klebeband parallel zueinander auf der unbeschichteten Seite einer FR4-Platine mit Klebeband fixiert. Der Abstand zwischen den beiden Streifen sollte ca. 0,5 bis 0,7 mm betragen. Dort habe ich dann 6 LEDs aufgelötet:

Die verwendeten LEDs haben den Nachteil, dass sich die Lötflächen vollständig unter der LED befinden. Eine optische Kontrolle der Lötstellen ist daher völlig unmöglich. Deshalb bin ich wie folgt vorgegangen:

- verlötet werden zunächst die Kathoden (größere Fläche)
- an der zu verlötenden Position einen Tropfen Flussmittel aufbringen
- LED positionieren und mit einem Zahnstocher bei leichtem Druck fixieren
- Lötspitze am feuchten Schwamm abstreifen und anschließend mit der Lötspitze etwas Lötzinn aufnehmen
- Lötspitze unmittelbar an der Kathodenseite auf die Kupferfolie auflegen
- Lötspitze nach Aufschmelzen des Lötzinns ca. 3 Sekunden in Position halten
- Lötspitze entfernen und Lötstelle abkühlen lassen
Anschließend werden die Anoden auf die gleiche Art verlötet. Über die Verweildauer der Lötspitze von 3 Sekunden braucht man sich keine Sorgen zu machen, die LEDs vertragen das locker. So stellt man aber sicher, dass das Lötzinn die Lötflächen der LEDs vollständig benetzt.

Granitplatte und Aluprofil sind nach Aushärten des Klebers bombenfest mit einander verbunden. Die Wahrscheinlichkeit, eine wirklich senkrechte Fläche an der Bruchkante des Granits zu finden, liegt nahe bei Null. Also habe ich zunächst unmittelbar an der Kante der Klebestelle das Aluprofil so gebogen, dass Aluprofil und Granitplatte genau senkrecht aufeinander stehen.
Mittig und knapp über der Granitplatte habe ich ein 3 mm Loch in das Aluprofil gebohrt. Da dieses Loch später als Kabeldurchführung dient, muss es auf beiden Seiten sorgfältig entgratet werden.
Die vorderen 2 Ecken des Profils habe ich mit einer Feile abgerundet (weniger Verletzungsgefahr) und die oberen ca. 9 cm des Profils über einem 5 cm Alurohr auf einen Winkel von ca. 110° abgebogen. Dort wird in der Nähe der Vorderkante der Streifen mit den LEDs aufgeklebt.
Als Stromführung dienen 2 Kupferstreifen, die ich auf das Aluprofil geklebt habe:

Unten an der Granitplatte habe ich ein 2adriges Kabel (ca. 20 cm lang) an die Kupferstreifen gelötet und mit UHU endfest 300 fixiert. Dieser Kleber muss ebenfalls bei Raumtemperatur aushärten, das Kabel ist anschließend sicher fixiert. Die Kupferstreifen im Bereich der LEDs habe ich einfach mit einem Stückchen Schaltdraht verbunden:

Abschließend habe ich die Seite des Aluprofils, auf der sich die Kupferfolien befinden, noch mit Parkettlack überzogen. Dadurch werden die Kupferstreifen geschützt und zusätzlich fixiert.
Das Kabel der Leuchte und das Kabel der KSQ habe ich mit einem Schnurzwischenschalter verbunden.
Die fertige Leuchte:

Eingeschaltet:

Die KSQ nimmt eine Leistung von 2,9 W auf. Über den LEDs stellt sich eine Spannung von 5,66 V ein, die KSQ liefert dabei einen Strom von 332 mA. Das ergibt eine LED-Leistung von 1,88 W. Der Strom je LED beträgt 55,3 mA. Der schlechte Wirkungsgrad der KSQ von knapp 65% ergibt sich wohl aus der Tatsache, dass die KSQ nur zu knapp 50% belastet wird.
Laut Kurzdatenblatt sollte der Lichtstrom bei knapp über 250 lm liegen. Die Messung der Beleuchtungsstärke lässt aber eher auf 300 lm schließen. Wahrscheinlich habe ich da ein P19er-Binning erwischt.
Hier die Verteilung der Beleuchtungsstärke auf der Tischplatte:

Der Nullpunkt mit der maximalen Beleuchtungsstärke liegt dabei etwa 5 cm vor der Granitplatte.

LEDs und KSQ erreichen im Dauerbetrieb bei 25°C Raumtemperatur eine Temperatur von 36°C.

Erste Reaktion der Nachbarin: "Schön! Aber wo ist denn da die Lampe?" Womit sie natürlich das Leuchtmittel meinte.

[dieterr]

Hübsch und einfach, hätte mir vor 20 Jahren sowas gewünscht.

Aber ne Frage dazu: Hatte es einen bestimmten Grund 6 LEDs zu verbauen? Spezifikationsmäßig würden 2 LEDs ja auf (fast) die gleiche Beleuchtungsstärke kommen, und würden auch noch innerhalb der erlaubten Grenzen betrieben.

Ich war ja bisher eher Vertreter der seriellen Ansteuerung der LEDs, aber mir scheint ich kann da Umdenken. Einfacher ist diese Version allemal.

Gruß,
Dieter

[ustoni]

Hauptgrund für die Anzahl der LEDs ist das Temperaturmanagement.
Die Wärme, die in den LEDs entsteht, muss über den Kathodenanschluss der LED abgeführt werden. Dieser ist mit einer Fläche von etwas über 3 mm² relativ klein.
Bei 6 LEDs verteilt sich die Leistung entsprechend, die einzelne LED nimmt nur 0,31 W auf. Dabei entsteht eine Wärmeleistung von ca. 0,2 W. Das ist eine so geringe Leistung, dass wahrscheinlich schon der verzinnte Kupferstreifen zur Entwärmung völlig ausreichend wäre.
Bei nur 2 LEDs würde durch jede LED ein Strom von ca. 166 mA fließen. Da durch den höheren Strom auch die Vorwärtsspannung steigt, würde jede der beiden LEDs dann eine Leistung von ca. 1 W aufnehmen, entsprechend einer abzuführenden Wärmeleistung von ca. 0,65 W. Das würde auf jeden Fall eine höhere Temperatur an der Kathodenfläche bedeuten. Das könnte noch funktionieren, war mir aber schon zu grenzwertig.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem maximalen Wärmewiderstand von 17 K/W der LEDs. Bei 0,31 W beträgt die Differenz zwischen Kathodenfläche und LED-Chip 5,3°C, bei 1 W entsprechend 17°C. Dies alleine sorgt also schon für eine um 11°C niedrigere Chiptemperatur.

Ich war ja bisher eher Vertreter der seriellen Ansteuerung der LEDs, aber mir scheint ich kann da Umdenken.

Jein.
Voraussetzung für die Parallelschaltung ist eine möglichst identische Vorwärtsspannung. Die ist mit ausreichender Genauigkeit (ca. ±5 mV) immer dann gegeben, wenn die LEDs aus der gleichen Charge stammen, also dem gleichen Plastikstreifen entnommen werden. Bei losen LEDs muss man die Vorwärtsspannung vorher ausmessen.
Außerdem würde ich eine Parallelschaltung nur bei LEDs mit geringer Leistung (max. 1 W) anwenden.