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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kühlkörper für 78T05 dimensionieren


Autor: Brocken Sei (Gast)
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Hallo,
Ich versuche gerade den richtigen Kühlkörper für meine durch den 78T05 
(3A) stabilisierte Spannung zu bekommen.
Ich habe die Verlustleistung ausgerechnet: Pv = 15V  3A - 5V  3A = 
30W.
Ziemlich viel und vielleicht auch überdimensioniert, ist aber auch gut 
so. Da sollen SRF05, Sprachmodul, 2*uC, Funkmodul, 7*cny70,ein 4 
Zeiliges LCD und das ein oder andere noch ran.
Jetzt habe ich aber bei csd electronics ANgaben von Kühlkörpern 
gefunden.
Bsp:

Material: Aluminium
Wärmewiderstand...............................24 K/W

Die ANgabe ist scheinbar in Kelvin/W.
Ich fange trotz guter mathematischer Kenntnisse nicht viel damit an, da 
ich keine Idee habe wie ich beweisen kann dass meine Wahl des 
Kühlkörpers passt.

Bitte um Ratschläge.

Gruß Bro

Autor: holger (Gast)
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24 K/W x 30W = 720 K

Also zu klein;)

Autor: mhh (Gast)
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Brocken Sei schrieb:
> da
> ich keine Idee habe wie ich beweisen kann dass meine Wahl des
> Kühlkörpers passt.

Passt nicht, Deine Wahl.

Kleiner 2 K/W sollte er sein. Besser ist es (wenn mgl.), die 
Eingangsspannung zu reduzieren. 30 Watt bei TO220 Gehäuse ist mgl., aber 
durch die kleine Kontaktfläche nicht optimal. Außerdem macht der Regler 
ab 25 Watt zu, d.h. er regelt schon runter.

Autor: Michael H. (michael_h45)
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SCHALTREGLER! LM2576 oder sowas harmloses.
3A und 30W mit einem Linearregler ist sinnlos.

Autor: HildeK (Gast)
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Im Fairchild-DB hat der 78T05 ein RJC von 2.5K/W, d.h., bei 30W wird die 
Sperrschicht schon mal 75K wärmer als das Gehäuse. Bis 125°C darfst du 
ihn betreiben, d.h. du musst das Gehäuse auf <50°C halten.
Jetzt hängt es davon ab, welche maximale Umgebungstemperatur du zulässt. 
Bei 40°C hast du dann noch 10K Reserve, der Kühlkörper muss dann aber 
10K/30W = 0.33 K/W haben, bei 30°C max. Umgebung brauchst du noch immer 
einen KK mit 0.66K/W. Das ist schon ein ganz netter Brocken!
Eine deutliche Verbesserung ist zu erziehlen, wenn du mit einem Lüfter 
(oder mit Wasser) kühlst.
Dein ausgewählter KK mit 24K/W ist auf jeden Fall absolut nicht 
brauchbar.

Deine Eingangsspannung ist viel zu hoch - mit nur 8-10V wäre das Ganze 
schon deutlich entspannter. Wenn die 15V aber vorgegeben sind, dann ist 
dringend ein Schaltregler anzuraten - oder nur sehr kurzzeitiger Betrieb 
möglich.

Autor: Brocken Sei (Gast)
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holger schrieb:
> 24 K/W x 30W = 720 K
hmm stimmt, habe nicht auf die EInheiten geschaut, mein Fehler, danke 
idt jetzt einleuchtend!

mhh schrieb:
> Passt nicht, Deine Wahl.
>
> Kleiner 2 K/W sollte er sein. Besser ist es (wenn mgl.), die
> Eingangsspannung zu reduzieren. 30 Watt bei TO220 Gehäuse ist mgl., aber
> durch die kleine Kontaktfläche nicht optimal. Außerdem macht der Regler
> ab 25 Watt zu, d.h. er regelt schon runter.

Michael H. schrieb:
> SCHALTREGLER! LM2576 oder sowas harmloses.
> 3A und 30W mit einem Linearregler ist sinnlos.

HildeK schrieb:
> Im Fairchild-DB hat der 78T05 ein RJC von 2.5K/W, d.h., bei 30W wird die
> Sperrschicht schon mal 75K wärmer als das Gehäuse. Bis 125°C darfst du
> ihn betreiben, d.h. du musst das Gehäuse auf <50°C halten.
> Jetzt hängt es davon ab, welche maximale Umgebungstemperatur du zulässt.
> Bei 40°C hast du dann noch 10K Reserve, der Kühlkörper muss dann aber
> 10K/30W = 0.33 K/W haben, bei 30°C max. Umgebung brauchst du noch immer
> einen KK mit 0.66K/W. Das ist schon ein ganz netter Brocken!
> Eine deutliche Verbesserung ist zu erziehlen, wenn du mit einem Lüfter
> (oder mit Wasser) kühlst.
> Dein ausgewählter KK mit 24K/W ist auf jeden Fall absolut nicht
> brauchbar.
>
> Deine Eingangsspannung ist viel zu hoch - mit nur 8-10V wäre das Ganze
> schon deutlich entspannter. Wenn die 15V aber vorgegeben sind, dann ist
> dringend ein Schaltregler anzuraten - oder nur sehr kurzzeitiger Betrieb
> möglich.

Ok, dann wird es wohl der Schaltregler sein.

Danke schön!

Gruß Bro

Autor: Michael H. (michael_h45)
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Brocken Sei schrieb:
> Ok, dann wird es wohl der Schaltregler sein.
Gute Wahl. DAS lässt sich sogar beweisen =)
Für die Zukunft trotzdem: Kühlkörper

Autor: mhh (Gast)
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Brocken Sei schrieb:
> Ok, dann wird es wohl der Schaltregler sein.

Der braucht auch einen Kühlkörper, aber viel kleiner.

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Michael H. schrieb:
> Für die Zukunft trotzdem:

Ach was da alles auf MC.net zu finden ist, da hätte ich nämlich als 
letztes gesucht.

Michael H. schrieb:
> SCHALTREGLER! LM2576 oder sowas harmloses.

Hmm, für den habe ich mich entschieden, aber ich wollte eigentlich den 
LM 150 nehmenm jedoch nicht dicher ob das ein Schaltregler ist, weil mir 
die wichtigen parameter zur Berechnung der Verlustleistung fehlen.

Ich weiß jetzt nicht direkt wie ich die Verlustleistung ausrechnen kann.
Ich nehme an, dass diese über den Wirkungsgrad zu ermitteln sind.
Also so meine Berechnung:
Lt. Datenblatt ist bei einer 5V stabilisierung der Wirkungsgrad 82%, 
jedoch nur bei Uin = 12V, Uout = 5V, Iout = 3A.
Also glatte 3V weniger als das ich brauche.

also PIn = UIn * I = 15V * 2,5A = 37,5W, --> 37,5W *0,82 = 30,75W,
dh 37,5W - 30,75W gehen durch Wärme in die Luft. Also  6,75W.

--> Gewählter Kühlkörper:
Wärmewiderstand............................18,7 K/W
--> Temperatur = 18,7 * 6,75(Welche sowieso nicht immer ganze fließen 
werden) = 126°, und das IC hält 125° aus.

Kann ich das so lassen?

Gruß Bro

Autor: Michael H. (michael_h45)
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Brocken Sei schrieb:
> Ach was da alles auf MC.net zu finden ist, da hätte ich nämlich als
> letztes gesucht.
Du undakbarer, inkompetenter "Nutzer" (sugarcoating times inifinity) 
kriegst den Hals wohl echt nie voll.

Wer sich wundert:
Beitrag "Re: Algorithmus für Linefollower mit 5 Sensoren"
Beitrag "Re: Algorithmus für Linefollower mit 5 Sensoren"
und so weiter...
Da geht er unter anderem Karl-Heinz, Peda, und spess an. Dass denen der 
Kragen nicht platzt, ist bewundernswert.

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Michael H. schrieb:
> Da geht er unter anderem Karl-Heinz, Peda, und spess an.

Hey, dafür habe ich mich schon entschuldigt.

Michael H. schrieb:
> Dass denen der
> Kragen nicht platzt, ist bewundernswert.

Bewundern kannst du sie ja wann und wie du willst, aaaaaaabbbberrr das 
interessiert doch kein schwein hier!

Zum Problem: Kann ich das an der Grenze so lassen oder habe ich 
vielleicht einen Fehler gemacht?

Danke für weitere Unterstützung!

Gruß Bro

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Was du da an Stuss zusammenrechnest, geht auf keine Kuhhaut. Da du dich 
aber zu deinen Ungunsten verrechnet hast, geht die Schlussfolgerung in 
Ordnung.

Was ist denn ein Wirkungsgrad?

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Was du da an STudd zusammentrechnest, geht auf keine Kuhhaut.

Das dachte ich mir schon, danke der direkten Antwort.

Gruß Bro

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Was ist denn ein Wirkungsgrad?

Das verhältnis von der Abgegeben Leistung zur Zugeführten Leistung

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Brocken Sei schrieb:
> Karl heinz Buchegger schrieb:
>> Was ist denn ein Wirkungsgrad?
>
> Das verhältnis von der Abgegeben Leistung zur Zugeführten Leistung

Und?
Wieviel Leistung (eigentlich Energie) ziehst du bei 5V und 3A?

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Wieviel Leistung (eigentlich Energie) ziehst du bei 5V und 3A?

15W.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Brocken Sei schrieb:
>> Karl heinz Buchegger schrieb:
>>> Was ist denn ein Wirkungsgrad?
>>
>> Das verhältnis von der Abgegeben Leistung zur Zugeführten Leistung
>
> Und?
> Wieviel Leistung (eigentlich Energie) ziehst du bei 5V und 3A?

Wieviele Watt müssen daher vorne reinrinnen, damit da hinten 5V und 3A 
rauskommen, wenn der Regler einen Wirkungsgrad von ca 80% hat?

Wieviele Watt müssen daher in Form von Wärme verblasen werden?

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Wieviele Watt müssen daher vorne reinrinnen, damit da hinten 5V und 3A

18W

Karl heinz Buchegger schrieb:
> Wieviele Watt müssen daher in Form von Wärme verblasen werden?

3W

Hmmm, bitte kurzen Moment zum Überlegen

Gruß Bro

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Man fängt bei solchen Sachen mehr oder weniger immer beim Ausgang zu 
rechnen an.
Denn du willst ja 5V und 3A haben! Die brauchst du, die musst du 
erreichen können.

Daraus ergibt sich, dann was man vorne reinstecken muss, damit das 
Geforderte hinten rauskommt.

Und daraus ergibt sich dann wieder, was bei der ganzen Aktion auf der 
Strecke bleibt.

Das ist bei Linearreglern auch nicht anders als bei Schaltreglern. Der 
einzige Unterschied: bei Linearreglern muss der Strom der hinten 
rauskommt auch vorne reingesteckt werden, bei Schaltreglern müssen nur 
die Watt die hinten rauskommen sollen auch vorne reingesteckt werden (+ 
ein Zuschlag der durch den Wirkungsgrad verloren geht)

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Man fängt bei solchen Sachen mehr oder weniger immer beim Ausgang zu
> rechnen an.
> Denn du willst ja 5V und 3A haben! Die brauchst du, die musst du
> erreichen können.

stimmt, Dummheit von mir.

Danke euch!

Gruß Bro

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Das ist bei Linearreglern auch nicht anders als bei Schaltreglern. Der
> einzige Unterschied: bei Linearreglern muss der Strom der hinten
> rauskommt auch vorne reingesteckt werden, bei Schaltreglern müssen nur
> die Watt die hinten rauskommen sollen auch vorne reingesteckt werden (+
> ein Zuschlag der durch den Wirkungsgrad verloren geht)

Ist einleuchtend

Gruß Bro

Autor: Michael H. (michael_h45)
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Brocken Sei schrieb:
> --> Temperatur = 18,7 * 6,75(Welche sowieso nicht immer ganze fließen
> werden) = 126°, und das IC hält 126° aus.
Nicht ganz. Du errechnest keine Absoluttemperatur, sondern eine 
Erwärmung!
Umgebung 23° -> Gehäustemperatur 23°+125°.
Der eigentliche "Kern" - die Junction - wird allerdings noch wärmer 
wegen dem zusätzlichen Wärmewiderstand zwischen Junction und Case 
(Gehäuse).

Und nein, der LM150 ist kein Schaltregler.

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Michael H. schrieb:
> Nicht ganz. Du errechnest keine Absoluttemperatur, sondern eine
> Erwärmung!
> Umgebung 23° -> Gehäustemperatur 23°+125°.
> Der eigentliche "Kern" - die Junction - wird allerdings noch wärmer
> wegen dem zusätzlichen Wärmewiderstand zwischen Junction und Case
> (Gehäuse).

Hmm, jetzt habe ich aber noch eine Frage:
Im Datenblatt ist unter Thermal Resistance 2 Werte zu finden.
Ich nehme an der Junc to case is der interessantere für mich. Dieser 
beträgt 2 °C/W.
Also bei meiner Berechnung verbrennt der LM2576 3W. Diese muss ich jetzt 
mit 2 multiplizieren, damit ich weiß wie groß die Temperatur am Gehäuse 
ist.
Dh jetzt herrscht eine Temperatur von 2*3 = 6 °C am Gehäuse. Etwas wenig 
kommt mir vor, da muss doch was falsch sein oder?

Gruß Bro

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Brocken Sei schrieb:

> Dh jetzt herrscht eine Temperatur von 2*3 = 6 °C am Gehäuse.

Nicht 'es herrscht'
Er erwärmt sich um ...

Und Junction to Case ist die Erwärmung die der eigentliche IC (das 
Silizium) im Vergleich zum Gehäuse macht, in die es eingebaut ist.

Ist das Gehäuse 70°C warm, dann hat das Silizium-Plättchen 76°C

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Karl heinz Buchegger schrieb:
> Nicht 'es herrscht'
> Er erwärmt sich um ...

Sry, aber dieses Thema wurde in meiner Ausbildung bis her nur sehr sehr 
wenig gestriffen, daher mein Interesse jetzt.

Also das gehäuse erwärmt sich um 6°. Ok, also jetzt wird die AUssage von 
Michael H schon deutiger. Also insgesamt habe ich dann 25° + 6° = 31°C 
Gehäusetemperatur, und dafür brauche ich einen Kühlkörper?
Im Datenblatt steht doch, dass der bis 125° arbeitet.

Der 2te Wert ist vielleicht jetzt wichtig: Junction to Ambient
(Junction to ambient thermal resistance with approximately 1 square 
inches of PC board cooper surrounding the leads.)

65 W/°C

Ambient bedeutet draußen, aber wieso wird die Temperatur nach außen 
wärmer als am Gehäuse?

Gruß Bro

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Brocken Sei schrieb:

> Sry, aber dieses Thema wurde in meiner Ausbildung bis her nur
> sehr sehr wenig gestriffen,

Weist du.
Etwas nicht zu wissen ist keine Schande. Aber etwas so runterzuspielen 
wie du das immer machst, wobei jeder der mitliest genau sehen kann, dass 
du im Grunde keine Ahnung hast, das macht dir so schnell keiner nach.


> Also das gehäuse erwärmt sich um 6°.

Nicht "das Gehäuse erwärmt sich um".

Das Gehäuse hat sich bereits erwärmt.
Aber das Siliziumplättchen, welches in den Kunststoff eingegossen ist, 
ist noch einmal wärmer als das Gehäuse.

Du hast 2 Temperatursprünge:

 von der Umgebungsluft zum Gehäuse (mit ev. Kühlkörper)
 vom Gehäuse zum Silizium.


Junction      ....   das IC-Plättchen, das Silizium
Case          ....   das Gehäuse
Ambient       ....   die Umgebung


bei jedem der beiden Übergänge wird die Temperatur höher. Welche 
Temperatur sich am Silizium ergibt, hängt davon ab, welche 
Umgebungstemperatur man hat und wie groß die Erhöhung bei jedem Übergang 
ist.

(wenn du dir das nicht merken kannst: Wie nennen denn die PC Bastler das 
was sie tun, wenn sie ihre Gehäuse aufmotzen? Genau. Case-Modding.
Wie nennt man einen Koffer, der als Plastikhartschale ausgeführt ist? 
Genau. Hard-Case.

Jedesmal steckt da das Wort 'Case' drinnen. Und jedesmal meint es 
dasselbe: Gehäuse, Verpackung.

Wie nennt Phillips ihre Lampen, die hinter den Fernseher platziert 
werden und den Raum (die Umgebung) in einen Farbton passend zum Bild 
erleuchten? Genau. Ambi-Light. Da steckt ambient drinnen, "die 
Umgebung". Oder auch etwas gewählter ausgedrückt: das Ambiente. Sicher 
schon mal gehört: Das Restaurant XYZ hat ein tolles Ambiente.

Man kann sich vieles erschliessen, wenn man nur ein wenig auf seine 
Umgebung achtet, wie sie spricht, wie sie sich verhält. Und ein wenig 
nach Wortzusammenhängen forscht.

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Ein fettes Dankeschön für deine wiedermal gute und saubere Erklärung. Im 
Prinzip kann ich sagen, dass ich es 100% verstanden habe, damit würde 
ich aber nicht nur mich selber sonder alle die mir geholfen haben 
belügen.
Ich hab keinen Plan wie einzelne Dinge du mir erklärt hast (und die ich 
teilweise auch verstehe) mit anderes zusammenhängt.
Am besten wäre nach einer Erklärung für Dummies zu suchen, oder in 
diesem neuen Semester meine Lehrer soweit ausfrage dass sie selbst 
nichts mehr wissen.
Wird wohl die nächste Sache mit der ich mich beschäftigen muss bevor ich 
meinen LF vollständig und perfekt aufbauen kann, und zwar die Grundlagen 
der Elektronik, obwohl ich schon 4 eigentlich ziemlich erfolgreiche 
Jahre davon hinter mir habe, aber da wird auch nicht alles gelehrt, 
leider muss ich sagen, und jetzt scheiterts an sowas, wie sehr ich den 
Lehrplan dafür hasse, aber was solls, auf ins nächste-------------->

Gruß Bro

Autor: Sascha Weber (sascha-w)
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@Brocken Sei

'Junction to Ambient' => Wärmewiderstand OHNE Kühlkörper

macht 3W * 65K/W + 20°C = 215°C [zu heiss]


mit Kühlkörper (z.B. 10K/W)

macht 3W * (2K/W + 10K/W) + 20°C = 56°C [ok]


Sascha

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Sascha Weber schrieb:
> macht 3W * (2K/W + 10K/W) + 20°C = 56°C [ok]

Ja so langsam wird es mir klar, aber trotzdem, irgendwie komisch für 
mich, und deswegen nicht akzeptabel, dass ich das so hin nehm, muss mich 
damit mehr und effizienter beschäftigen

Danke Sascha

Gruß Bro

Autor: Brocken Sei (Gast)
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Sascha Weber schrieb:
> 'Junction to Ambient' => Wärmewiderstand OHNE Kühlkörper
>
> macht 3W * 65K/W + 20°C = 215°C [zu heiss]
>
>
> mit Kühlkörper (z.B. 10K/W)
>
> macht 3W * (2K/W + 10K/W) + 20°C = 56°C [ok]

hmm ,also irgendwie verständlich, im einen sind die 2k/W schon drinnen, 
da ja laut Angabe Junction to Ambient ist, dh Junction to case 
übersprungen wurde, und im anderen müssma das dazu rechnen, weil der 
Kühlkörper die Umgebung auf seine 10K/W ändert.

Stimmt diese Pseudo Vorstellung?

Gruß Bro

Autor: ratlos (Gast)
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vielleicht kann dir ja das auf die Sprünge helfen:
Youtube-Video "EEVblog #105 - Electronics Thermal Heatsink Design Tutorial"
viel Erfolg

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