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Eficiencia de un led CREE y led COB de 50W

Posted by Leonardo Moreno Urbieta on

CREE_AND_COB_LED_50W

Fig. 1 Muestra los LEDS que usé para este estudio ya instalados en el disipador anodizado negro de 7.6cm x 9cm. Tc representa el lugar de la medición de temperatura en el PCB del LED CREE (el LED COB no cuenta con un lugar así). La Zona A señala la ubicación donde medí la temperatura en la base del disipador.

Fig. 2 Vista lateral del disipador que usé para este estudio.

20CFM_AND_40CFM_FAN

Fig.3 Foto de los 2 ventiladores usados para las pruebas. La dimensión de ambos ventiladores es de 8cm x 8cm. [Si estás en computadora de escritorio, para ver de cerca los datos escritos sobre los ventiladores, puedes dar click derecho sobre la foto y elegir la opción de abrir en una pestaña nueva.]

COB_AND_CREE_LED_EXP_ARRAY

Fig. 4 Imagen que muestra la colocación del disipador junto con el ventilador (ya sea de 20CFM y 40CFM). Del lado izquierdo se puede ver el termopar (cable azul) que introduzco en la base para medir la temperatura en la Zona A.

CREE_LED_THERMAL_IMAGES

Fig. 5 Imágenes térmicas del LED CREE al usar el ventilador de 20CFM [a) y b)] y 40CFM [c) y d)]

COB_LED_THERMAL_IMAGES

Fig. 6 Imágenes térmicas del LED COB Full Spectrum al usar el ventilador de 20CFM [a) y b)] y 40CFM [c) y d)]


Para este post decidí estudiar la eficiencia de 2 leds. 

1) LED CREE CXA3050 (en este enlace puedes ver la hoja de datos)

2) LED COB genérico Full Spectrum (Hasta donde he visto no hay una hoja de datos de este tipo de leds)

La Fig. 1 muestra los 2 leds estudiados. Ambos se colocaron sobre disipadores de 7.6cm x 9cm anodizado negro (la Fig. 2 muestra el diseño de este disipador).

Realicé 2 pruebas con ventiladores de diferente flujo de 20 CFM y 40CFM (Fig. 3). El primer ventilador de 20CFM lo alimento a 127VAC mientras que el segundo funciona a 12VDC y 0.45A. Ambos tienen una dimensión de lado de 8cm x 8cm.

La Tabla 1 muestra los parámetros medidos para el caso del LED CREE CXA3050

Flujo Aire (CFM)  Voltaje (VDC)

 

Corriente (ADC)

Potencia (W) Temp. Ambiente (ºC) Temp. Tc (ºC) Temp. Zona A (ºC)
20 36.38 1.45 52.75 24.5 54.7 44.3
40 36.62 1.45 53.10 24.5 42.2 33.4

Tabla 1. Para las definiciones de Tc y Zona A por favor hay que referirse a la Fig. 1.

La Tabla 2 muestra los parámetros medidos para el caso del LED COB. 

Flujo 
Aire  (CFM)
 Voltaje (VAC)

 

Corriente (AAC)

Potencia (W) Temp. Ambiente (ºC) Temp. Zona A(ºC)
20 130 0.474 61.62 22.9 52.1
40 131 0.494 64.71 23.2 37.8

Tabla 2. Para la ubicación de la Zona A por favor hay que referirse a la Fig. 1.

Para poder comparar la cantidad de calor que emiten ambos LEDs, usé una resistencia de tal manera que la temperatura medida en el disipador fuera la misma.

De esta manera puedo saber que porcentaje de la potencia total se pierde en calor entregado al disipador.

La Tabla 3 muestra los resultados que obtuve para calibrar la resistencia con respecto al LED CREE.

Flujo 
Aire (CFM)
 Voltaje (VDC)

 

Corriente (ADC)

Potencia (W) Temp. Ambiente (ºC) Temp. Zona A (ºC)
20 16.50 2.11 34.82

22.9

43.4
40 16.57 1.45 35.29 22.8 32.8

Tabla 3. Para la ubicación de la Zona A por favor hay que referirse a la Fig. 1.

 

La Tabla 4 muestra los resultados que obtuve para calibrar la resistencia con respecto al LED COB Full Spectrum.

Flujo 
Aire (CFM)
 Voltaje (VDC)

 

Corriente (ADC)

Potencia (W) Temp. Ambiente (ºC) Temp. del Disipador Zona A (ºC)
20 19.95 2.56 51.07

21.4

51.1
40 19.95 2.56 51.07 21.6 36.3

Tabla 4. Para la ubicación de la Zona A por favor hay que referirse a la Fig. 1.

La Tabla 5 muestra la potencia de led CREE (Tabla 1) junto con la potencia entregada a la resistencia (Tabla 3) así como las temperaturas normalizadas a una temperatura ambiente de 25ºC.

 

Flujo 
Aire (CFM)
 Potencia LED CREE (W)

 

Potencia Resistencia (W)

Temp. Zona A con LED CREE(ºC)
Temp. Zona A con Resistencia(ºC)
20 52.75 34.82

44.8

45.5
40 53.10 35.29 33.9 35.0

Tabla 5. Para la ubicación de la Zona A por favor hay que referirse a la Fig. 1.

La Tabla 6 muestra la potencia de led COB (Tabla 2) junto con la potencia entregada a la resistencia (Tabla 4) así como las temperaturas normalizadas a una temperatura ambiente de 25ºC.

Flujo 
Aire (CFM)
 Potencia LED COB (W)

 

Potencia Resistencia (W)

Temp. Zona A con LED COB(ºC)
Temp. Zona A con Resistencia(ºC)
20 61.62 51.07

54.7

54.7
40 64.71 51.07 39.7 39.7

Tabla 6. Para la ubicación de la Zona A por favor hay que referirse a la Fig. 1.

Finalmente, la Tabla 7 muestra el porcentaje que resulta de la operación [100- (Potencia Resistencia / Potencia LED) * 100].  

Flujo 
Aire (CFM)
 Eficiencia LED CREE Eficiencia LED COB
20 34% 17%
40 34% 21%

Tabla 7. Eficiencia que resulta de dividir la potencia del LED entre la potencia de la resistencia que genera la misma temperatura.

De los datos de la Tabla 7 puedo concluir que el LED CREE es más eficiente que el LED COB para ambos casos.

No solo eso, la resistencia interna del LED CREE es más baja que para el LED COB.

Para la temperatura de 54.7 ºC (Tabla 6) que alcanza el disipador con el LED COB y el ventilador de 20CFM ya estamos muy cerca del límite máximo de operación en la superficie de emisión de luz (que son 135ºC y de acuerdo a las imágenes térmicas (Fig.6))

Para el LED CREE la temperatura en la superficie emisora de luz está entre 90 y 100 ºC (de acuerdo a las imágenes térmicas (Fig. 5)) usando el mismo ventilador de 20CFM, al mismo tiempo que la temperatura en la Zona A del disipador es de 44.8ºC. 

Finalmente, es posible que el LED COB esté auto-regulando la corriente que demanda debido a que tiene un control para evitar el sobrecalentamiento de sus componentes, lo cuál podría explicar la diferencia en eficiencia observada entre el ventilador de 20CFM y 40CFM (es más eficiente a menor temperatura).

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