elektronikJOURNAL

E-Mechanik + Kühlung
Coverstory
Unendlich lang: Mit Cogistrip lassen sich
Leuchtschnüre von mehr als 50 Modulen
zusammenstellen, so dass sie der Hinterleuchtung
von großflächigen Anzeigetafeln
dienen können.
Bild: Cogilux
Ein erster Test bestätigt die Zuverlässigkeit der Lötverbindung von HSMtec mit Keramik-LEDs.
Bild: Häusermann/Osram OS
LED und Steuerungselektronik auf einer Platine
LEDs erlauben eine gezielte Regelung der Leuchtintensität und der
Lichtfarbe ohne relevante Einbußen an Lebensdauer oder Zuverlässigkeit.
Der LED-Treiber lässt sich durch viele unterschiedliche
Sensoren und eine intelligente Regelung ansteuern.
Oftmals erscheint eine Kombination von Steuerungselektronik
und LEDs auf einer Leiterplatte aus wirtschaftlichen Gründen als
nicht sinnvoll, da die Kosten typischer Metallkern-Leiterplatten
beim Bedarf an mehreren Lagen steigen. FR4-Leiterplatten erlauben
komplexe elektrische Verbindungen, bieten jedoch oftmals
keine ausreichende thermische Performance. Das Verwenden
hochentwickelter Leiterplatten auf FR4- und Kupferbasis mit partiell
eingebetteten Kupferteilen erlaubt es, ein hochleistungsfähiges
Wärmemanagement in Kombination mit komplexer Steuerungselektronik
sowie Sensoren auf der gleichen Leiterplatte zu kombinieren.
Für FR4-Leiterplatten ist dies ohne größeren Mehraufwand
oder zusätzliche Kosten möglich. Denn mit HSMtec lassen sich
feine Strukturen, die für die Steuerelektronik notwendig sind, einfach
auf der gleichen Lage wie die Kupferelemente realisieren.
Hierzu sind keine zusätzlichen Softwaretools für das Design nötig.
Optional bietet HSMtec die Möglichkeit eine elektrische Isolationsschicht
an der Leiterplattenunterseite zu integrieren, um eine
zuverlässige Potentialtrennung zwischen LED und Kühlkörper, respektive
Gehäuse zu realisieren. Die in Normen festgelegten Spannungsfestigkeiten
bis über 4 kV lassen sich dadurch je nach Bedarf
durch die Leiterplatte selbst erreichen, wodurch eine zusätzliche
Aufbringung von isolierenden Folien entfallen kann. Im Gegensatz
zu herkömmlichen Metallkernplatinen, bei denen eine adäquate
Spannungsfestigkeit oft zu Lasten der thermischen Performance
geht, ermöglicht HSMtec geringe thermische Widerstände in
Kombination mit garantierten Spannungsfestigkeiten.
Zhaga-konform oder unendlich lang
HSMtec-PCBs kommen in dem Zhaga-Buch-3-konformen Multicolor-Beleuchtungsmodul
Cogicore Z3-RGBW36 von Cogilux
zum Einsatz. Es liefert bis zu 36 W Lichtleistung sowie dank eines
integrierten Farbsensors konsistente Farbwiedergabe. Typische
Anwendungsgebiete finden sich im Einzelhandel, wo das Modul
mit seinem Leistungsverbrauch nebst seiner Einsatzdauer punktet.
Es kann unförmige Scheinwerfer ersetzen, die kompliziert zu installieren
sind und häufig als Fremdkörper wirken.
Das Mikrocontroller-basierte Modul (32 Bit) nutzt 18 rote, grüne,
blaue und weiße Oslon-SSL-LEDs von Osram und kann das
gesamte Farbspektrum wiedergeben. Die Ansteuerung erfolgt entweder
über den kostengünstigen Cogi-DIM-Bus oder eine
DMX512-Schnittstelle. Das ursprüngliche Buch 3 der Zhaga-Spezifikation
beschreibt eine runde, Spot-Leuchte mit 50 mm Durchmesser
und separater Elektronik. In den resultierenden 20 cm 2 ist
kaum noch Platz für effizientes Wärmemanagement.
So eine verbesserte FR4-Leiterplatte eignet sich beispielsweise
bei der Hinterleuchtung von Reklame- oder Anzeigetafeln. Für
derartige Applikationen hat Cogilux das LED-Modul Cogistrip-
M6 entwickelt, welches Osram-LEDs der Oslon-Serie mit 6 x 2 W
oder 6 x 3 W und einem weiten Abstrahlwinkel von bis 150° verwendet.
Die vierlagige Leiterplatte für die Treiberelektronik verfügt
über integrierte Kupferprofile, die das Wärmemanagement
der Hochleistungs-LEDs übernehmen.
Durch den Einsatz des Thermomanagements in Verbindung mit
einer direkten elektronischen Temperaturregelung kann die Lebensdauer
von bis 100.000 Stunden auch in ungünstigen Einbausituationen
bestehen bleiben. Dazu wird die LED-Temperatur direkt
gemessen und die Leistung per Mikrocontroller entsprechend angepasst,
so dass man die Werte der maximal zulässige LED-Die-
Temperatur nicht überschreitet.
Hermaphroditische Stecker an beiden Enden ermöglichen die
nahtlose Anreihung der Streifen ohne Werkzeug und Kabel. Zusätzliche
Kontakte in IDC-Technik ermöglichen den steckerlosen
Anschluss von Versorgungs- und Steuerleitungen. So lassen sich
Leuchtschnüre von mehr als 50 Modulen zusammenstellen, die
beispielsweise Anzeigetafeln an Flughäfen mit bis 80 m 2 gleichmäßig
mit bis zu 3 kW Gesamt-LED-Leistung ausleuchten. In derartigen
Anordnungen sind weder TIM-Materialien wie isolierende
Folien noch Wärmeleitpasten zwischen Leiterplatte und Gehäuse
sinnvoll, weshalb die di-elektrische Schicht direkt in die Platine integriert
wurde. Drei Lagen sind dabei für das elektrische Layout
gedacht, wobei alle Vias an der Unterseite der Leiterplatte enden.
Somit sind direkte Verbindungen ohne zusätzliche TIM-Materialien
realisierbar. (rao)
n
Der Autor: Stefan Hörth ist Produktmanager HSMtec
bei Häusermann im österreichischen Gars am Kamp.
14 elektronikJOURNAL 04/2013
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