Hallo, ich plane gerne ein Leistungsdesign. Was mich tierisch annerft, ist dass es für die Kühlung noch an theorie fehlt. Ich habe mich entschlossen, jetzt selbst zu versuchen was herzuleiten. Ich möchte euch daran teilhaben lassen. Konkret geht es um einen Buck Regler auf einer Aluminium-Leiterplatte. Das ganze würde ich gerne vorher Überschlagsmäsig verifizieren, dass es passt. Also mache ich mal ein paar Überschlagsrechnungen und lasse euch teilhaben. Eventuell nützt es ja dem einen oder anderen von euch. Die Verluste sind ca. 2W (1.8W+Marge) auf ein S308 Gehäuse. Genauer dieser MosFet. http://www.infineon.com/cms/en/product/power/mosfet/power-mosfet/n-channel-optimos-tm-40v-300v/BSZ097N10NS5/productType.html?productType=5546d462455feb530145d100da925c9d Jetzt würde ich gerne wissen, ob ich 8 MosFETS auf einen 5x5 AluPlatine gekühlt bekomme. Das gane wären 4(Pärchen)~x2(MosFETs) jeweils. Meine Rechnung: Platine hat eine Wärmeleitung im schlechtesten Fall von 1 W/m. (Laut Lieferand. Teilweise gibts auch 3W/m, falls mans braucht...) Schichtdicke des Isolators(PrePreg) ist 150u. Abmessung der Drain ist 2.7mmx2.29mm=~6.2mm2. Rpad2alu=1W/mK*(6.2mm2/0.15mm)=~41W/K (So gut???) Frage: Stimmt das Ergebnis. Das erscheint mir zu gut!?!? Kann das sein, oder ist irgendwo ein Fehler? Okay, jetzt muss die Wärme sich noch im Aluminium verteilen. Nehmen wir 1.6mm Alu an, das sich die wärme auch schon in der Fläche verteilt. Wärmeleitung von Alu zum Kühlköroer laut Wikipedia (236 W/mK). (6.2mm2 ist pesimistisch angenomen, die wärmeleitung breitet sich ja auch noch noch seitlich ("lateral") aus. Ralu2alu=236*(6.2mm2/1.6mm)=915W/K. Das ist ja mal richtig gut! Fehler? Anregungen? Her damit. Ich werde gleich noch etwas weiter rechnen.
Die folgende Theorie ist mit vorsicht zu geniesen. Der Wärmewiderstand ist ja definiert als R=1/lambda*(d/A) Jetzt nimmt die Nutzbare fläche ja zu, desto weiter wir in das Material eindringen, da sich die wärme ja Pyramidenförmig ausbreitet. Folgelich können wir sagen Rges=sum(lim(1/lambda*(d/A),d->0)) von 0 bis t Das können wir auch als integral darstellen, und zwar als: R*lambda=d/((x0+d)*(y0+d)); Das ganze integegrieren wir jetzt ueber die Eindringtiefe T und erhalten R*lambda=
Falls jemand das selbst herleiten will: Maxiam downloaden und die erste Formel integrieren lassen. Plausibilitaetschecks Annahme, wir haben keine Wärmeleitung bei einem 3*3 Pad ohne Wärmeleitung: lambda*R=d/(3*3)=0.48 (Maximumgrenze) lambda*R=d/(4.6^2)=0.076 (Miniumgrenze) Mit Formel von oben: 0,080 (errechnet) Mir scheint das sehr nahe am Minimumwert. Von daher weiß ich nicht ob die Formale stimmt. Bitte um Feedback.
Michael H. schrieb: > kay, jetzt muss die Wärme sich noch im Aluminium verteilen. Hast du mal darüber nachgedacht, dass die Wärme auch von deiner Platine an die Umgebung abgegeben werden muss. Eventuerll noch über den Umweg von Platine -> Gehäuseluft Gehäuseluft -> Gehäusewandung Gehäusewandung -> äussere Umgebug
Der Andere schrieb: > Hast du mal darüber nachgedacht, dass die Wärme auch von deiner Platine > an die Umgebung abgegeben werden muss. Eventuerll noch über den Umweg > von > Platine -> Gehäuseluft > Gehäuseluft -> Gehäusewandung > Gehäusewandung -> äussere Umgebug Ja klar, ist das eine Serienschaltung. Du hast scho recht, das der Kühlkörper das begrenzende hier ist. Der riesen Vorteil aber ist, dass Du, wenn Du die Halbleiter richtig plazierst, mit mehr Leistung füttern kannst. Wieso? Weil die Wärmeleitung beim Aluminium oft begrenzend wirkt. (Desshalb haben viele Kühlkörper auch nicht weniger als 1 W/K, da von einer Punktquelle ausgegangen wird...) Offtopic&Werbung: Wir verbauen aktuell in einem Produkt mit 500W Abwärme einen Kühlkörper von Costellium rein passiv bei dT=30°C. Richtig geiles Teil, das schafft 2W/K lokal. Wenn man von ner Punktquelle ausgeht... Aber das ist nur was für die Industrie, viel zu teuer und unhandlich zum Basteln. (Wiegt 40kg)
Hallo, deine Angaben sind recht konfus. Du rechnest dir da wahrscheinlich einen Wolf um Nebensächlichkeiten, aber vergisst wohl das Wesentliche. > Michael H. schrieb: > Jetzt würde ich gerne wissen, ob ich 8 MosFETS auf einen 5x5 AluPlatine 5x5 Aluplatine ??? Was soll das sein. Solange keine Maße angegeben werden, wird autoatisch mit mm gerechnet. 5mm x 5mmm ist aber keine Kühlfläche, von der du 2W weg bekommst. Entscheidend für Kühlung mit Konvektion per Luft ist regelmäßig der Wärmeübergang Festkörper zu Luft. Erkläre mal etwas präsiser, um was es geht. Gruß Öletronika
2W ? Mit dem Minimal Footprint hat der 62K/W. Bei 2W also 124°C Erhöhung zur Umgebungstemperatur. Ohne jegliche Maßnahmen liegts Du knapp bei 150°C also gerade bei den max. ratings. Ein wenig Kupferfläche auf beiden Seiten + Thermovias sollten reichen. Wärmeleitfähigkeit sagt nichts darüber aus wieviel Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Das ist im wesentlichen eine Frage der Oberfläche und des Luftstromes.
Man kann den besten Kuehlkoerper verwenden, aber wenn der in einem kleinen Plastikgehaeuse eingeschloessen ist bringt er nichts.
Oben hat sich ein Fehler eingeschlichen: Einheiten müssen alle in m eingesetzt werden. (Typischer Fehler!) Kam mir doch zurecht viel zu gut vor. Desshalb mal das ganze System durchgerechnet. S308: (Minimal Footprint) L_pad2alu=1W/mK*(0.0027m*0.0029m)/(0.00015m)=0.0522W/K Das scheint mir realistisch. Rpad2alu=19K/W L_alu2alu=236W/mK*(0.0027*0.0029)/(0.0016mm)=1.154 W/K 0.866 K/W SuperS08: (Minimal Footprint) L_pad2alu:1K/mK*(0.0045m*0.0055m)/(0.00015m)=0.165W/K 6K/W L_pad2alu:236K/mK*(0.0045m*0.0055m)/(0.0016m)=3.65W/K 0.274K/W Aluplatine (50mmx50mm) zu kühlkörper. Annahme 100u Wärmeleitpaste@ Billigste Wärmeleitpaste: 0.7 W/mK (Wir nehmen an, dass sich die Wärme auf 1x1cm Quadrad gleichmäsig verteilt hat.) L_alu2sink=0.7W/mk*((0.01*0.01)/(0.0001))=0.7W/K =>1.42 K/W Ziel ist es hier mal alles mathematisch durchexerzieren. Welche Temperaturübergange haben wir zu passen: -Junktion->Case -Case->Aluminium -Aluminium->Aluminiumende (1.6mm) -Aluminiumende->Wärmeleitpaste -Kühlkörper->Ambient Link: Shop: http://www.reichelt.de/Profilkuehlkoerper/V-7331G/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=3383&ARTICLE=22279&OFFSET=16&WKID=0&; Hersteller: http://www.alutronic.de/produkte/kuehlkoerper-profile/standard-kammprofile/129/pr173 S3O8 Junktion->Case: 2W 1.8K/W => 3.6K PrePreg (1K/W): 2W 19K/W => 38K Alu2Al: 0.866K/W: 2W 0.766K/W=1.7 K Kühlpaste: 1.42K/W: 2W 1.42K: 2.84 K Kühlkörper (für alle): 1.46 K/W*16W=23.4 K Summe: 69,5°K: 40°C Ambient: 110°C (Deftiv) SuperSo8 Junktion->Case: 2W 1.8K/W => 3.6K PrePreg (1K/W): 2W 6K/W => 12K Alu2Al: 0.274K/W: 2W 0.766K/W=0.55 K Kühlpaste: 1.42K/W: 2W 1.42K: 2.84 K Kühlkörper (für alle): 1.46 K/W*16W=23.4 K Summe: 42°K=>40° Mosfet: 82°C Ist im tollerablen Bereich, aber wirklich cool ist, das noch nicht. Klassische Lösung mit TO220. Juction->Case: 1.5K/W*2W=3K Siliconfolie (Isolation): 2.7K/W*(0.000127)/(0.0013*0.001)=2.35K/W 4.68K Summe: 7.68K 23.4K+7.68K=31K: 71°C Macht das ganze 11°K kühler als im Vergleich zur aufwendigen Kühlung über Aluplatine. Dafür aufwendige Montage. Setzt man auf höherwertiges PrePreg (3W/K) sind das Statt 12K 4K und man kommt fast auf den gleichen Effekt. Zusätzlich kann man oben noch das Pad vom SuperSo8 größer machen. 16W sind eigentlich Peannuts, denkt man. Die aber vernünftig wegzukühlen, ist nicht so einfach.
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Bearbeitet durch User
Die 16W von der Platte runter wird moeglicherweise schwieriger sein
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