Testy termiczne MCPCB XPG XPE z wykorzystaniem kamery termo

[EdiM]

Witam
W końcu się sprężyłem i poświeciłem nieco czasu by przedstawić testy termiczne różnych MCPCB dla diod XPG oraz XRE.
Wszystkie diody zasilane znamionowo, czyli 1,5A XPG, 1,0A XRE.
Test przeprowadzony krótko, na dużej blasze aluminiowej o dużej pojemności cieplnej - grubość 10mm. Każde MCPCB posmarowane pasta termoprzewodzącą.
Temperatura podłoża - ok. 22 stopni Celsjusza.
Kamera termowizyjna wyskalowana tak, by oddawać rzeczywistą temperaturę - epsilon = 0,90.

XPG - 1. miejsce - najlepsze chłodzenie moduł miedziany (by Midi):


Dlaczego aż taka wysoka temperatura złącza - otóż rezystancja termiczna diody to 6K/W. Przy zasilaniu 1,5A idzie w diodę ok. 5W, co daje prosty rachunek +30 stopni. Do tego dodamy jakieś 22 stopnie temperatury otoczenia i mamy wynik... zgodny z tym pomiarem (w granicach rozsądnego błędu).


XPG - 2. miejsce - podłoże 14mm


XPG - 3. miejsce - podłoże star z Maritexu


Dla tego podłoża wykonano spadku napięcia przewodzenia, obrazuje to zdjęcie oscylogramu:


100mV spadku, daje przy współczynniku -2,1mV/K 48 stopni przyrostu temperatury + 22 stopnie = 70 stopni Celsjusza - to świetnie potwierdza prawidłowość wskazań kamery termowizyjnej !

XPG - 4. miejsce - podłoże star z Gammy - porażka (z tego co widać na tym podłożu sprzedaje też RGBligting z Allegro


XPG - poza rankingiem moduł 4XPG, który był sprzedawany przez czarnego_kruka


XPG - moduł 7XPG, który był sprzedawany przez czarnego_kruka - zrozumiałe się staje dlaczego nie zalecał więcej niż 1A


Dalej...
Dlaczego nie zalecam łączenie równoległego XPG - o czym kiedyś wspominałem na forum. Poniżej są 3 diody, które niestety nie były dobrane pod względem VF i niestety okazało się, że mają bardzo zbliżone te napięcia, a mianowicie dla 700mA:
3,171V
3,151V
3,168V
Zdjęcia zrobione w miarę możliwości w tym samym czasie.
Rozrzut ok. 18 stopni, dociekliwym polecam zagadkę jaki byłby rozrzut dla różnicy VF rzędu 0,2V zamiast 0,02V



Na dokładkę trochę XRE przy 1A






Jak widać tutaj nie ma się czym stresować wcale.

Niestety ja nie mam łatwego dostępu do kamery termowizyjnej, ale przez tą chwilę, gdy mi się ją udało używać, zrobiłem w miarę możliwości najlepszy użytek. Szkoda, że kolega czarny_kruk, który podobno ma dostęp bez problemu zarówno do kamer i jak i wielu modułów LED itp., na razie tego nam nie przedstawił .

Dla diod XPG należy tez wziąć pod uwagę samo lutowanie diod. Ja przykładam wagę, by diody dolegały do MCPCB, inaczej mówiąc są one dociskane podczas lutowania.

[Calineczka]

EdiM, wielkie dzięki, bardzo cenna wiedza, przyklejam

[czarny_kruk]

EdiM, podziekowania za poswiecony czas i prace. Ja nie mam niestety czasu na opracowanie pomiarow ktore wykonalem. NIESTETY zmartwie Cie i pisze od razu, ze z pomiarow moich i kilku naprawde porzadnych specjalistow (autorytetow) od termowizji (na sprzecie m.in. FLIR P65 oraz Jenoptik) wynika jednoznacznie, ze w zasadzie NIE mozna porownywac ze soba bezposrednio odczytow z temperatur mierzonych pomierzy diodami (nawet tego samego typu, tego samego producenta). Wynika to ponoc z praktycznie niemierzalnej emisyjnosci diody. Proby i zalozenia, ze wyniki "prawie sie zgadzaja" przy emisyjnosci =0,9 sa niestey bledne.

Najprostszym mozliwym jezykiem piszac, wynika to z tego to iz kamera NIE mierzy temperatury zlacza jak zakladasz powyzej, a jej pomiar dla diod (obarczony nieprzewidywalnym bledem--wynikajacym z roznych faktow) dotyczy maksymalnej temperatury jaka udaje sie zarejestrowac na diodzie, a temperatura ta wynosi jak nie raz juz pisalem PONAD 200*C na soczewce diody XP-G na podlozu dobrej klasy MCPCB star przy pradzie 1,5A i ponad 150*C dla 1A, co jednoznacznie mozna stwierdzic przy uzyciu termopar (ja uzywalem kilku roznych urzadzen do tego celu; m.in. cetryfikowanych z dokladnoscia 0,001*C) oraz "organoleptycznie" co stwierdzil midi, ze diody XPG topia mu acetal (60 czy 90 stopni tego by nie zrobilo).

Prosze wiec o odklejenie i edycje tego postu gdyz wprowadza on w blad.
Niestety nie mam upowaznienia zeby pisac z nazwisk co to za specjalisci od termowizji, ale gdyby byly watpliwosci mysle, ze forumowicz Gardol potwierdzi.

PS. A na koniec napisze, ze m.in. wykonywalem zdjecia termograficzne momentu wlaczenia diody, ktore to wygladaja rewelacyjnie (30klatek na sekunde), niestety nie da rady stwierdzic na ile otrzymane wyniki sa zgodne z prawda i w ktorym miejscu (zmienna emisyjnosc).

PPS. Zalaczam jedna z kilkuset fotek pomiarow.

[Calineczka]

Prosze wiec o odklejenie i edycje tego postu gdyz wprowadza on w blad.

dla mnie zwrócenie uwagi na fakt, że podłoże odgrywa bardzo ważną rolę jest godny przyklejenia. Nie dysponujemy innymi pomiarami, a te-nawet jeśli okaże się, że nie są dokładne, nie odzwierciedlają rzeczywistości to z pewnością POKAZUJĄ wpływ użytych materiałów na temperaturę CZEGOŚ w obrębie struktury/soczewki diody, a to COŚ na pewno ma związek z temperaturą samego złącza. Tak więc póki Mózgi i Specjaliści nie dostarczą nam lepszych materiałów/wyników uwierzę, że miedź jest lepsza od prezentowanych podłoży dokładnie w takiej kolejności jak prezentują to wyniki Edima. Myślę, że do codziennych zastosowań takie zgrubne założenie w zupełności wystarczy. Korzystanie z wyników pomiarów Edima może nam ułatwić zabawę z ledami i uchronic od przykrych niespodzianek...
Jeszcze raz dzięki Edim

[clorox]

Jeżeli te pierwsze cztery testy były przeprowadzone przy użyciu tego samego emitera (przelutowywanego na kolejne MPCB) to nawet jeżeli pomiary są obarczone błędem, można przyjąć, że kolejność jest prawidłowa. Jeżeli jednak były to 4 różne emitery, to wyniki jak dla mnie nie są już tak oczywiste, nawet zakładając, że diody były selekcjonowane pod względem zbliżonego Vf.

Jednak jako ciekawostka i podstawa do przemyśleń bardzo pouczające i wyrazy uznania dla Edima za poświęcony czas i chęci.

[romanroman]

dla kogoś, kto planuje budowe latarki i zakup emitera bardzo ważne informacje. niestety kierując się ilością lumenów podawanych przez producenta lub sprzedawce np dla xp-g przy 1,5A początkujący światełkowicz często popełia błąd i dopiero potem (następny zakup) sprawdza czy jego konstrukcja, mod latarki, zakupiona optyka poradzi sobie z oddawaniem temperatury.
zaoszczędził bym ok 500 i trochę czasu gdybym miał takie info wcześniej (lub zajrzał na światełka.pl później)
dzięki EdiM

[EdiM]

Oczywiście kto chce niechaj wierzy, kto nie chce niech nie wierzy...

Po pierwsze dokonałem najpierw kalibracji i wyznaczenia tego epsilon, nagrzewając diodę za pomocą zewnętrznego źródła ciepła i porównując wskazania termometru. (szczegółów nie pamiętam)
Po drugie miarodajny jest pomiar napięcia na strukturze - jedyne do czego można się doczepić, to tolerancja współczynnika zmiany napięcia od temperatury.
Z mojego pomiaru wynikło, że jest to dokładnie taka sama temperatura.
Po trzecie owszem - nie jest to ta sama dioda za każdym razem. Tak więc moc się nieco różni na poszczególnych egzemplarzach.

Natomiast stosowanie termopary na zewnątrz to jednak jest wprowadzony spory błąd metody. Oczywiście zaniżanie temperatury.

Czarny_kruku nie wiem co to za diody na tym twoim zdjęciu i na jakich pcb są posadzone, ale wspominałem o problemie z lutowaniem na MCPCB. Użytkownicy forum narzekali, że im się diody popaliły, a nie przylegały do podłoża dobrze. Tak więc tutaj spodziewałbym się problemów. Skoro masz takie szerokie możliwości, to może spróbuj zrobić test zmiany napięcia VF, podobny do mojego.

Faktem jest, że u mnie nigdzie nie spotkałem się z takim rozrzutem, jak pokazujesz na swoim zdjęciu termo.

Warto też zwrócić uwagę na tą zależność:

[Hans Trans]

Dzięki, EdiM, za ciekawy i pożyteczny test. Niezależnie od dokładności wyników, pokazuje on bardzo jednoznacznie wpływ rodzaju radiatora na temperaturę złącza - i o to tu chodziło. Widać jak na dłoni, że miedź najlepsza, że MCPCB z Gammy, które ma obszary niepodłączone do padu termalnego i przez to kompletnie niewykorzystane jest kiepskie itd. Co do emisyjności diody i różnic w wartości tego parametru, to jestem w stanie się zgodzić, że jakiś rozrzut musi być. Ale czy duży? Nie wiadomo. Można to obejść w prosty sposób, jak sądzę: przez pomiar temperatury powierzchni soczewki, pokrytej środkiem wyrównującym emisyjność. Oczywiście wtedy ktoś słusznie zada pytanie, czy soczewki są jednakowe pod względem rozmiarów, gęstości, jednorodności itp., ale taki pośredni pomiar będzie znacznie mniej zależał od emisyjności powierzchni samego emitera. Temperaturę złącza trzeba będzie oczywiście wtedy wyliczyć na podstawie danych producenta nt soczewki.
Anyway, dobra robota.
I krótka uwaga do Maćka: nie podpieraj się anonimowymi autorytetami ze stuletnim doświadczeniem, tylko faktami, wynikami pomiarów i artykułami z czasopism naukowych.

[pawelsz]

Ciekawe porównanie- bo jest to porównanie
Przydatne- w sumie widać które pcb jest lepsze od którego, ale kilka uwag:
1. Skoro chłodzenie było nie najgorsze, to dlaczego

Test przeprowadzony krótko

po paru minutach lepiej widać efekty
2. Moduł miedziany by midi jest bardzo fajny, ale nie za bardzo pasuje do innych - zasilanie jest doprowadzone przez górne pady (co często nie jest użyteczne w zastosowaniach latarkowych) - można zapewne uzyskać lepsze chłodzenie w ten sposób (ot sposób dominikowy przez zeszlifowanie zasilania na dole) - czyli inna powierzchnia efektywna styku niż przy innych , porównywanych PCB
3. Nikt nie odniósł się do tego

temperatura ta wynosi jak nie raz juz pisalem PONAD 200*C na soczewce diody XP-G na podlozu dobrej klasy MCPCB star przy pradzie 1,5A i ponad 150*C dla 1A, co jednoznacznie mozna stwierdzic przy uzyciu termopar (ja uzywalem kilku roznych urzadzen do tego celu; m.in. cetryfikowanych z dokladnoscia 0,001*C) oraz "organoleptycznie" co stwierdzil midi, ze diody XPG topia mu acetal (60 czy 90 stopni tego by nie zrobilo).

- dlaczego tego nie widać na pokazanych fotkach ?
ps
Na forum jednak raczej panuje zaufanie i nie zawsze należy powoływać się na konkretne nazwiska- czasami może to byc trudne i nie koniecznie celowe.

[czarny_kruk]

Prosze wiec o odklejenie i edycje tego postu gdyz wprowadza on w blad.

dla mnie zwrócenie uwagi na fakt, że podłoże odgrywa bardzo ważną rolę jest godny przyklejenia. Nie dysponujemy innymi pomiarami, a te-nawet jeśli okaże się, że nie są dokładne, nie odzwierciedlają rzeczywistości to z pewnością POKAZUJĄ wpływ użytych materiałów na temperaturę CZEGOŚ w obrębie struktury/soczewki diody, a to COŚ na pewno ma związek z temperaturą samego złącza. Tak więc póki Mózgi i Specjaliści nie dostarczą nam lepszych materiałów/wyników uwierzę, że miedź jest lepsza od prezentowanych podłoży dokładnie w takiej kolejności jak prezentują to wyniki Edima. Myślę, że do codziennych zastosowań takie zgrubne założenie w zupełności wystarczy. Korzystanie z wyników pomiarów Edima może nam ułatwić zabawę z ledami i uchronic od przykrych niespodzianek...
Jeszcze raz dzięki Edim

Arku,
fakt ze podloze odgrywa ogromna role wie niemal kazdy uzytkownik tego forum i temat niejednokrotnie byl juz poruszany, conajmniej dwa z Bazy Wiedzy kojarze:
http://www.swiatelka.pl/viewtopic.php?t=3083
http://www.swiatelka.pl/viewtopic.php?t=3514

Wyniki zamieszczone powyzej, mimo pelnego szacunku za poswiecony czas i checi dla Edima, nie podaja ani temperatury maksymalnej ani temp zlacza i nie sa moga byc ze soba porownywane.
Nie siedze zawodowo w termografii, ale poswiecilem temu tematowi sporo czasu w tym roku i uwazam, ze nalezy to wyjasnic i wyprostowac. Uzasadnienie podalem powyzej. Jak komus to nie wystarcza i ktos ma ochote niech spedzi nad tematem kilka dni a moze i tygodni, poszuka informacji sam i dowie sie do czego w ogole sluzy termografia i np. dlaczego nie sluzy ona do mierzenia temperatury.

[romanroman]

Na forum jednak raczej panuje zaufanie i nie zawsze należy powoływać się na konkretne nazwiska- czasami może to byc trudne i nie koniecznie celowe.

[pawelsz]

powtórzę - na forum panuje zaufanie
a podawanie określonych nazwisk nie zawsze jest możliwe, i nie zawsze jest konieczne

[romanroman]

aha

[czarny_kruk]

Nie lubie totalnych glupot i cos mi sie skojarzylo... pawelsz mozesz napisac jaka wyszla Ci temperatura diody mierzona pirometrem? Z tego co pamietam mowiles ze mierzyles na soczewce... czy byla ona choc w promilu zgodna z oczekiwaniami czy jednak nieco Cie zaskoczyly wyniki?

[mkorbel]

Zgadzam się z pawelsz, że "Test przeprowadzony króto" to trochę za mało powiedziane (może warto powiedzieć ile minut trwał test). Przykładowo miedziane radiatory mają pojemność cieplną i jeżeli test trwa bardzo krótko to nie będzie on miarodajny.
Testy tego typu powinny być przeprowadzane w identycznych warunkach otoczenia,
oraz zakończenie testu jest związane ze zatrzymaniem się przyrostu temparatury.
Jeżeli kolega EdiM testował na "..., na dużej blasze aluminiowej o dużej pojemności cieplnej"
to czy była ona odpowiednio schłodzona pomiędzy pomiarami, jeżeli nie to kolejność pomiarów będzie miała wpływ na końcowy wynik/ranking
ale zgadzam się, że podłoże star z Gammy jest bardzo kiepskie.

Druga sprawa to stosowanie modułów wieloledowych, głowna ich zaleta to optymalne wykorzystanie mocy - zależność "Relative Luminous Flux od Forward Current" dla XP-G:
350mA=100% pobór mocy 1.00W mamy 100% dla 1W,
700mA=177% pobór mocy 2.25W mamy 78% dla 1W,
1000mA=250% pobór mocy 3.40W mamy 73% dla 1W,
1500mA=330% pobór mocy 5.30W mamy 62% dla 1W (na bazie wykresów CREE).
Lepiej użyć kilku LED na mniejszym prądzie niż wpuszczać max power i 40% strat
5 x 139lm dla 350mA da nam 695lm przy 5.00W (pomijam inne straty),
5 x 139lm dla 700mA da nam 1230lm przy 11.25W
3 x 139lm dla 700mA da nam 738lm przy 6.75W,
3 x 139lm dla 1000mA da nam 1042lm przy 10.2W,
3 x 139lm dla 1500mA da nam 1376lm przy 15.9W.
Nikt nie będzie używał wieloledowego moduło, żeby przepuszczać przez niego 1500mA