Junctiontemperatur messen – mal anders

In vielen Foren wird beschrieben, wie bei LEDs die Sperrschicht -Temperatur ermittelt werden kann. Die Sperrschicht ist der Kern einer LED und dessen Betriebstemperatur ist maßgeblich für Lebensdauer und Wirkungsgrad verantwortlich. Je niedriger desto besser.

Leider ist es nicht möglich diese direkt zu messen. Sie muss über Umwege errechnet werden.

Es ist technisch nicht möglich in der LED einen Temperaturfühler zu kontaktieren. Auch Versuche mittels Infrarotmessung via IR-Sensor oder Wärmebildkamera sind mehr vage Versuche und liefern keine zuverlässigen Ergebnisse.

Somit ist der herkömmliche Weg wie folgt:

1. Temperaturmessung am LED-Gehäuse oder Anschluss-Pin –> Ts (z.B. 60°C)
2. Ermittlung des Leistungsverbrauch der Power-LED (z.B. 2 W)
3. Analyse Datenblatt des Herstellers bezüglich dem thermischen Widerstand RthJS. (z.B. 6K/W)
4. Nun kann die Sperrschichttemperatur Tj errechnet werden:
   Tj = Ts + (6 K/W * 2W) = 60°C + 12°C = 72 °C

Nun der trickreiche, etwas andere Weg:

Ermittlung der Sperrschichttemperatur mit einem Speicher-Oszilloskop.

Was wird benötigt:

• Digitales Speicher-Oszi
• Temperaturmessgerät mit externem Temperaturfühler z.B. PT100
• Konstantstromquelle (LED-Treiber) mit aperiodischem Einschwingverhalten (keine Strom-Spitze)
• a bisserl Zeit.

Die Messung beruht auf einem linearem Zusammenhang zwischen Vorwärtsspannung der LED und Betriebstemperatur. Je höher die Temperatur Tj, desto kleiner die Vorwärtsspannung (Uf).
Meistens liegt der Gradient bei  – 2 mV/°C  (Dies kann in der Regel aus den Herstellerdatenblättern entnommen werden).

Alternativ ist es auch möglich diesen selbst zu ermitteln, in dem zwei Wertepaare ermittelt werden.
(Messung von Temperatur am Lötpunkt und Durchlassspannung. Dies bei 2 verschiedenen Temperatur.

Das jeweilige Delta ergibt den Gradienten.

Nun gehts los:

1. Messaufbau: Oszi misst die Vorwärtsspannung an der Diode.
2. LED im kalten Zustand (Tj = 25°C) – alles ist auf Raumtemperatur (= Referenztemperatur)- in Betrieb nehmen.
3. Mit dem Oszi die Spannung beim Einschalten ablesen/aufzeichnen. –> Uf bei Tj von 25°C
4. LED auf Betriebstemperatur bringen. Hierbei sollte die Diodenspannung anfangs schnell, dann langsam sinken.
5. Ist die Spannung konstant, hat die LED ihre endgültige Temperatur erreicht.
6. Spannung messen ! Unbekannte Tj über Dreisatz errechnen.

Viel Erfolg.