LED-Arrays mit 3 Watt im Format 2820

Diese Geschichte begann schon vor längerer Zeit. Zunächst kaufte ich vor etwa viereinhalb Jahren mehrere LED-Leuchten, die sich all die Zeit ziemlich gut gehalten haben. Dann fiel doch eine davon aus. Da ich nicht alle austauschen wollte, lag es natürlich nahe, sie zu reparieren und vorsichtshalber gleich ein „Reparaturset“ für die übrigen, noch funktionierenden Leuchten zusammenzustellen.



Wie gesagt, eine der vor mehr als vier Jahren installierten Leuchten ist ausgefallen. Die Ursache ist unklar: Vielleicht war es Zufall, vielleicht gab es tatsächlich eine Überhitzung, denn die Leuchte befand sich etwa 1.8 m über dem Gasherd. Die anderen drei funktionieren weiterhin problemlos.

Jedenfalls musste ich sie irgendwie wieder instand setzen oder genau dieselbe Leuchte nachkaufen, was etwas teurer und schwieriger gewesen wäre.
Zuerst habe ich versucht, den Treiber auszutauschen. Davon erzähle ich später; zunächst beschreibe ich, was bei der Reparatur letztlich geholfen hat.

Defekt war das LED-Modul. Eine Suche auf AliExpress führte mich zu einem Shop, in dem es diese Module in riesiger Auswahl gibt. Ich war von der Vielfalt an Formen, Leistungen und Größen sogar etwas überrascht. Unten seht ihr nur einen Teil der Varianten aus einem einzigen Shop.
Link zur Seite zum ersten Foto
Link zur Seite zum zweiten Foto.


Ich habe 6 LEDs bestellt. Zum Zeitpunkt des Kaufs kosteten sie 0.77 US-Dollar; inzwischen hat der Verkäufer den Preis etwas angehoben, aber ich denke, das ist nur vorübergehend.
Die Verpackung bestand aus einem gewöhnlichen, versiegelten Antistatikbeutel, der in einem normalen gelben Umschlag lag. Die Verpackung verdient höchstens eine Drei: Die LEDs hätten sich gegenseitig beschädigen können, außerdem waren sie auch noch klebrig.


Vorsichtshalber habe ich LEDs in zwei Farbtemperaturen bestellt: vier warmweiße und zwei in der sogenannten „neutralweißen“ Variante. Ursprünglich waren in den Leuchten LEDs mit warmweißer Lichtfarbe verbaut.
Auf einem normalen Foto ist der Unterschied nicht zu erkennen, deshalb musste ich ein wenig improvisieren, damit er doch sichtbar wird: Die warmweißen wirken gelblicher.


Ein etwas näher aufgenommenes Foto. Hier und im Folgenden ist warmweiß (3000 K) links und neutralweiß (4200 K) rechts.
Im Inneren sind die 6 kleinen, mit Leuchtstoff beschichteten LEDs etwas zu erkennen – soweit ich den Aufbau von COB-Modulen verstehe. Die Leistung beträgt 3 W. Es gibt aber Module in genau derselben Größe auch mit 5, 7, 10 und 12 W.


Die LEDs haben die Baugröße 2820. Das bedeutet: 28 mm Durchmesser für die Platine und 20 mm Durchmesser für die eigentliche LED-Baugruppe (COB).


Die Module sind exakt gleich groß. Auf dem Foto liegt eines auf dem anderen, allerdings ist die Metallgrundplatte stellenweise nicht besonders sauber zugeschnitten.


Da wir schon bei den verschiedenen Modulen sind, hier noch ein paar Informationen zu den Abmessungen anderer Module.


Außerdem haben mich die ziemlich leistungsstarken und großen Varianten interessiert, besonders die zweite mit 160 mm Durchmesser und 200 W Leistung. Sie kostet allerdings etwa 23 US-Dollar. Andererseits können die chinesischen Hersteller bei Bedarf auch Module mit 500 W zusammenbauen. Man muss nur eine passende Grundplatte finden, denn die Herstellung solcher Module ist denkbar einfach: Platine anfertigen, LEDs darauf löten, auf eine Metallgrundplatte kleben und mit Leuchtstoff oder einer speziellen Vergussmasse überziehen.


Da sich LED-Module im Betrieb merklich erwärmen, habe ich sie für die Tests auf einem provisorischen Kühlkörper montiert. Für den Dauerbetrieb ist er natürlich etwas zu klein, aber für relativ kurze Tests reicht er völlig aus.


LEDs werden mit Strom und nicht mit Spannung betrieben. Deshalb habe ich am Netzteil eine Strombegrenzung von 300 mA eingestellt und dann zu Versuchszwecken die Ausgangsspannung schrittweise erhöht, bis das Netzteil in den Konstantstrombetrieb wechselte. Die LEDs sind in Reihe geschaltet, daher muss man die Spannung an jeder einzelnen LED und die Gesamtleistung durch zwei teilen.
1. Bei 14 V beginnen die LEDs zu glimmen. Der Strom liegt dabei unter 1 mA und wird vom Netzteil nicht angezeigt.
2. Bei 15 V ist die Helligkeit deutlich gestiegen, der Strom liegt aber immer noch unter oder bei etwa 1 mA.
3. Bei 16 V leuchten sie schon deutlich. Der Strom beträgt dabei 19 mA, die Leistung für beide LEDs zusammen etwa 0.3 W.
4, 5. Die Spannung beträgt 17 bzw. 18 V, der Strom 72 bzw. 161 mA und die Gesamtleistung 1.2 bzw. 2.9 W.
6. Betriebszustand: 300 mA Strom, knapp 19 V Spannung an den beiden Modulen, 5.64 W für beide zusammen oder 2.82 W pro Modul.


Ich habe sie ziemlich lange so laufen lassen, aber die Temperatur stieg höchstens auf 64 Grad. Daher denke ich, dass das in dieser Hinsicht völlig in Ordnung und sicher war.


Dabei stellte sich heraus, dass an den Modulen unterschiedliche Spannungen anliegen: Beim „warmweißen“ Modul ist sie etwas niedriger als beim „neutralweißen“. Beim Aufwärmen sinkt die Spannung etwas – das ist normal. In meinem Fall wurde der „natürliche“ etwas wärmer, weil an ihm auch etwas mehr Leistung abfiel: 2,9 W gegenüber 2,76.


Nebenbei stellte sich heraus, dass sie nicht nur unterschiedlich viel Strom aufnehmen, sondern auch unterschiedlich leuchten: Beim „natürlichen“ (rechts) ist der „Punkt-Effekt“ weniger ausgeprägt, das Licht ist also diffuser.


Ohne Lichtfilter ist der Unterschied in der Farbtemperatur schon zu erkennen.


Es wirkt, als wären in den Modulen völlig unterschiedliche LEDs verbaut. Das ist mir allerdings schon bei der Sichtprüfung aufgefallen; schade, dass das auf den Fotos nicht gut zu erkennen ist. Die LEDs im rechten, „natürlichen“ Modul sind etwas kleiner und haben vermutlich eine etwas geringere Leistung. Deshalb war die Spannung an ihnen höher als beim „warmen“ Modul.


Foto mit manuell eingeschaltetem Blitz.


Und hier ist der „Übeltäter“. Beim Kauf habe ich ein Modell mit Kühlkörper ausgewählt, und nach vier Jahren kann ich sagen: Das war die richtige Entscheidung.


Im Moment suche ich wieder Leuchten dieser Art, diesmal aber mit mattem Glas. Wie ich schon damals schrieb, gefielen mir die hellen Lichtpunkte wegen des Reflektors nicht. Zuerst wollte ich vor Ort eine kaufen; der Preis war ungefähr wie in China. Dort habe ich aber ähnliche Modelle wie die unten gezeigten gesehen. Auf die Leistung sollte man nicht achten, denn selbst 3–5 W halten in dieser Bauform nicht lange. Jetzt suche ich Leuchten mit ordentlichen Kühlkörpern, finde aber aus irgendeinem Grund häufiger Modelle mit drei bis fünf leistungsstarken LEDs statt mit COB-Matrix.


Da die Leuchten nicht bei mir zu Hause sind, vermutete ich, als ich erfuhr, dass eine ausgefallen war, zunächst einen defekten Treiber. Die LED hatte ich irgendwie nicht im Verdacht. Also bestellte ich vier neue Treiber.


Rechts das Original, links die gekauften. Sie kosten fast nichts, etwa 70 Cent, und sind für bis zu 3 W ausgelegt – Link.

Im alten steckt ein mir unbekannter BP9011, im neuen der verbreitete BP9021A, der tatsächlich für 3 W ausgelegt ist.


Schaltplan des Treibers. Die Stromregelung erfolgt auf der Primärseite, was völlig normal ist – so sind praktisch alle Treiber für geringe Leistungen aufgebaut.


In meinem Testbericht zur Leuchte hatte ich sie nicht zerlegt, weil ich schlicht nicht verstanden hatte, wie sie auseinandergeht. Vielleicht saß das Exemplar, das ich ausprobiert hatte, auch einfach sehr fest. Wie sich herausstellte, lässt sie sich ganz einfach zerlegen: Der obere Teil wird abgeschraubt und die Leuchte zerfällt in mehrere Teile. Warum es ein Gewinde zwischen Reflektor und Vorderteil gibt, ist mir allerdings ein Rätsel – es stört dort nur, denn der Reflektor hat Stifte, die ihn gegen Verdrehen sichern. Da das Gewinde aber nur sehr schwach ausgeprägt ist, stört es nicht besonders.


Bei diesem Leuchtenmodell ist nicht nur hinten ein Kühlkörper angebracht, sondern das ganze Gehäuse besteht aus Aluminium, wenn auch relativ dünnem.


Da es offenbar keine Schrauben gibt, die die Matrix festhalten, ist sie vermutlich aufgeklebt.


Genau so war es dann auch: Die Matrix war buchstäblich bombenfest aufgeklebt. Dabei habe ich stellenweise das Aluminium der Trägerplatine verbogen. Abbekommen habe ich sie schließlich, indem ich sie von unten durch die Kabelöffnung herausgeschlagen habe.


Auf der Trägerplatine sind sogar noch Farbreste vom lackierten Gehäuse zu sehen.
Die Matrizen sind sich sehr ähnlich, unterscheiden sich aber doch. In meinem Fall war das nicht kritisch. Vor der Bestellung habe ich zunächst gemessen und anhand der Maße gesucht, dann aber bemerkt, dass sie ebenfalls mit 2820 gekennzeichnet ist. Interessanterweise war die Matrix gegenüber der Trägerplatine leicht versetzt (auf dem Foto das rechte Modul).


Eigentlich wird die Matrix vom Reflektor angedrückt. Man hätte einfach Wärmeleitpaste auftragen und anschließend alles zusammenpressen können, aber das gefiel mir nicht. Innen waren 5 Bohrungen zu sehen: drei mit Gewinde, offenbar für Module mit einer „Stern“-Trägerplatine und drei LEDs, sowie zwei kleinere Bohrungen mit etwa 1,5 mm Durchmesser an genau den richtigen Stellen zur Befestigung eines Moduls wie dem hier getesteten. Der Rest war reine Formsache: Bohrer, Akkuschrauber, zwei Gewindebohrer – fertig waren die Löcher. Das Bohren ging erstaunlich leicht; ich hätte fast in den Tisch gebohrt.


Ich habe das Innere teilweise von Kleberesten befreit. Eigentlich hätte ich auch den Lack entfernen sollen, aber ich dachte, so reicht es auch – die Leistung ist ja gering.


Jetzt noch Wärmeleitpaste, zwei kleine Schrauben und zwei Unterlegscheiben. Die Unterlegscheiben waren nötig, weil ich zunächst Schrauben mit großem Kopf genommen hatte und befürchtete, dass sie die benachbarten Kontaktflächen kurzschließen könnten.


Hier musste ich mich ziemlich abmühen, die Drähte so zu verstauen, dass sie nicht auf der Metallunterlage einen Kurzschluss verursachen.


Letztendlich habe ich die Schrauben durch normale mit kleinem Kopf ersetzt, sodass die Unterlegscheiben nicht mehr nötig waren. Die Wärme wird über etwa 1/4–1/3 der Fläche der Unterlage abgeführt, da sich darunter ein Spalt für die Drähte befindet.


Außerdem musste ich den Reflektor etwas abschleifen, weil die Schrauben im Weg waren. Das hatte ich allerdings von Anfang an vermutet, war also keine Überraschung für mich.
Auch die Kunststoffstifte habe ich abgeschnitten – meiner Meinung nach ein Fehler. Beim Zusammenbau wollte sich der Reflektor ständig drehen, und die Stifte hätten das verhindern sollen.


Fast fertig, jetzt muss nur noch die Frage mit dem Treiber geklärt werden.


Ganz am Anfang der Reparatur hatte ich vorübergehend einen neuen Treiber angeschlossen und beschloss, einfach einen der neuen mit dem alten zu vergleichen.
Wie sich herausstellte, war der Strom fast identisch, beim alten etwas niedriger (er ist rechts). Letztendlich habe ich ihn behalten, denn vier gleiche neue Treiber sind besser als drei neue und ein alter – vielleicht kann ich ihn später noch gebrauchen.


Das hier ist nur ein Experiment: Bei eingeschalteter Leuchte, die über das Multimeter angeschlossen war, habe ich die Anzeige der maximalen und minimalen Stromspitzen aktiviert. Nach ein paar Sekunden zeigte das Gerät, wie stark der Strom schwankt. Der maximale Spitzenstrom lag bei fast 500 mA, der minimale knapp unter 100 mA.


Jetzt ist wirklich alles fertig: Die Drähte sind am Treiber angelötet, der Treiber selbst ist im Gehäuse montiert. Die Lüftungsöffnungen hatte ich schon beim Einbau der Leuchten angebracht.


Bei dieser positiven Bilanz wollte ich eigentlich Schluss machen und zufrieden den Erhalt der Bestellung bestätigen und dem Verkäufer 5 Sterne geben. Aber irgendetwas brachte mich dazu, erst noch die übrigen 4 Module zu prüfen – und wie sich herausstellte, nicht ohne Grund.
Bei zwei von insgesamt sechs beziehungsweise vier Modulen einer Farbe gab es ein Problem: Jeweils eine LED funktionierte nicht. Bei einem Modul ging sie nach einigen Sekunden Betrieb mit Nennstrom aus, beim zweiten funktionierte sie von Anfang an nicht.



Eine ähnliche Situation hatte ich ungefähr zur selben Zeit, als ich den Testbericht über die Leuchten schrieb: Ich kaufte 10-W-LEDs, und alle waren defekt. Der Verkäufer erstattete anstandslos den vollen Kaufpreis. Später habe ich die Module zwar trotzdem verwendet, aber nur für eine Nebenaufgabe.

Ich schrieb dem Verkäufer sofort, dass ich die Ware erhalten und angeschlossen hatte, aber zwei von sechs nicht richtig funktionierten. Der Verkäufer fragte zurück: „Mit welcher Spannung betreiben Sie sie?“ Na, dachte ich, der will mich wohl erwischen :)
Ich antwortete: Nein, mein Freund, LEDs werden nicht mit Spannung, sondern mit Strom betrieben. Der Strom beträgt 300 mA, die Spannung am Modul etwa 9,3 V.
Etwa 15 Minuten später fragte der Verkäufer, ob er mir zwei Module als Ersatz schicken könne. Ich dachte: Warum nicht, schick sie ruhig. Ich wollte ja vier kaufen, nicht zwei, und der Preis ist ohnehin lächerlich niedrig.


Letztendlich kann ich sagen: LEDs zu kaufen, bei denen die Ausfallquote bei 50 % liegt, macht nicht gerade Spaß. Selbst wenn sie nicht 50, sondern 33 % beträgt (bezogen auf die Gesamtzahl), ist das immer noch nicht besonders toll. Den Verkäufer rettet in diesem Fall nur, dass er ohne großes Hin und Her Ersatz schicken wollte. Ich bin mir aber nicht sicher, ob ich dort noch einmal kaufen werde.

Das war's von mir. Ich hoffe, der Testbericht war hilfreich und nützlich für alle, die LED-Matrizen in China kaufen möchten.