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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kühlkörperuaslegung


Autor: Marc (Gast)
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Hallo,

ich hab da mal eine grundsätzliche Frage. Wie leg ich einen Kühlkörper
aus und ab wann brauch ich einen?

Habe einen Spannungsregeler in einem TO220 der regelt auf 7,5V bis max
2A. Ich brauch auch fast 2A. Der Regeler hat eine Versorgungsspannung
von 12V. Daraus folg  doch eine Wärmeleistung von P=(12V-7,5V)*2A=9W
Ist das eine richtige Annahme?
Der Regeler steigt mir aus, wenn ich ihn nicht gegen eine Metallfläche
drücke. Ich möchte jetzt aber einen gescheiten Kühlkörper  draufsetzten
und kann mit der Bezeichnung z.B. 9K/W bei den Kühlern im Reichelt
nichts anfangen.

Vielleicht kann mir mal jemand erklären wie ich den Kühlkörper auslegen
muss.

Grüße Marc

Autor: Philipp Co (ba4_philipp)
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9K/W bedeutet das die Temperatur sich um 9Kelvin erhöht wenn du 1 Watt
Leistung auf den Kühlkörper gibst.

Bei dir ist also 9W * 9K/W + UmgebungsTemp = Kühlkörpertemp

Die Watt kürzen sich raus. (Wenn du K durch °C ersetzt bleibt es
ntürlich richtig) So bekommst du raus wie groß dein Kühlkörper sein
muss wenn du bei einer Umgebungstemp X die Gehäusetemp Y nicht
überschreiten willst.

Gruß Philipp

Autor: A.K. (Gast)
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9W mal 9K/W macht 81K, d.h. die Kontaktfläche des KK zum Regler liegt
bei 9W um 81K = 81 Grad über der Umgebungstemperatur. Dazu kommt noch
der Wärmewiderstand zwischen Regler-Innenleben und -Oberfläche (Tjc im
Datasheet) und zwischen -Oberflache und KK (0,5-1 K/W). Diese
Widerstände sind allesamt in Reihe geschaltet und addieren sich grad
wie bei Ohm'schen Widerständen, mit Leistung <=> Strom und Temperatur
<=> Spannung.

Autor: Marc (Gast)
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Ich sage da mal
DANKESCHÖN!

Autor: Andreas Haimberger (Gast)
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Der Wärmewiderstand des Kühlkörpers gibt an, um wieviel K (=Kelvin) der
Kühlkörper pro W Verlustleistung wärmer wird.

In diesem Fall (Temperaturdifferenz) kann man Kelvin mit Grad Celsius
gleichsetzen.

Das heisst also, dass dein Kühlkörper bei einer Verlustleistung von 9
Watt um 9*9=81 °C wärmer als die Umgebung wird. Bei einer
durchschnittlichen Umgebungstemperatur von 20°C wird dein Kühlkörper
also etwa 100°C heiss.

Wenn man bedenkt, dass zwischen Reglerchip und Kühlkörper noch der
Wärmewiderstand Chip/Gehäuse liegt (im Datenblatt als "thermal
resistance junction to case" bezeichnet), dann arbeitest du mit diesem
Kühlkörper bereits an der obersten Grenze des zulässigen.

Die maximal zulässige Verlustleistung kann man mit folgender Formel
errechnen:

Ptot = (tj - tu) / (RthJG + RthGK + RthK)

Die einzelnen Werte bedeuten:

Ptot = Gesamtverlustleistung (bei dir die 9W)

tj = Sperrschichttemperatur (findet sich im Datenblatt des Reglers)

tu = Umgebungstemperatur
(hier sollte man aus Sicherheitsgründen natürlich einen höheren wert
als 20°C annehmen, schliesslich willst du deine Schaltung ja auch im
Sommer betreiben können)

RthJG = Wärmewiderstand Sperrschicht/Gehäuse
(aus dem Datenblatt des Reglers)

RthGK = Wärmewiderstand Gehäuse/Kühlkörper (entspricht z.B. dem
Wärmewiderstand einer eventuell vorhandenen Isolierscheibe, bei
direkter Montage mit Wärmeleitpaste kann man diesen Wärmewiderstand
vernachlässigen)

RthK = Wärmewiderstand Kühlkörper (in deinem Fall die 9K/W)

Bei einem LM78xx wird die maximale Sperrschichttemperatur mit 125 °C,
der Wärmewiderstand Chip/Gehäuse mit 4K/W angegeben.

Den Rest kannst du dir ja jetzt selber ausrechnen. Wenn man als
Umgebungstemperatur 30 °C annimmt, komme ich auf eine maximal erlaubte
Verlustleistung von ca. 7,3 W, also zu wenig für deine Anwendung.

Gruß, Andy

Autor: A.K. (Gast)
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"RthJG"

Deutsches Datasheet???

Autor: Marc (Gast)
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Ich hab des jetzt mal versucht. Was sagt Ptot genau aus? Ist das nicht
die Leistung die das System von Spannungsregler und Kühlköper abgeben?
Sprich, wenn da ein kleinerer Wert als mein Perzeugt, hier 9Watt,
herauskommt muss ich einen bessere Kühlkörper nehmen?
Ist die Annahme richtig, wenn ich keinen Kühlkörper benütze
Rtha=unendlich zu setzen? Oder muss ich dann den Wert der im Datasheet
als Rthja=50°C angeben ist verwenden?

Ich rechne wie folgt:
Tj  max 150 °C Sperrschichttemperatur (Datasheet)
TU  30 °C      Umgebungstemperatur im Sommer
Rth jc  3 °C/W     Wärmewiderstand Sperrschicht (Innenleben)
Rth ja  0 °C/W     Wärmewiderstand Gehäuse und Kühlkörper
Rth a  9°C/W     Wärmewiderstand Kühlkörper (Datasheet)


Dann komm ich laut Formel auf 10W. Würde also grad noch reichen oder
nicht?

Autor: A.K. (Gast)
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Text im Anhang. Irgendwas stört den Forum'schen Spamfilter daran
nachhaltig.

Autor: Marc (Gast)
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Alles klar. Bei Rth a hab ich mich verschrieben. Ich meine den Wert des
Kühlkörpers. Aber dann stimmt meine Auslegung so wie ich sie gemacht
hab. Einen Kühlkörper unter 4K/W wird mir zu groß. Werd glaub einfach
aus einem alten Rechner einen CPU Lüfter nehmen und ein Gewinde
reinsetzen, der ist schön klein.

Vielen Dank für eure/deine Hilfe

Autor: A.K. (Gast)
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Aber lass den Propeller dran, sonst taugt er nichts. Und mit Propeller
lebt und stirbt deine Hardware mit eben diesem Propeller.

Autor: Marc (Gast)
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G

Des ist mir schon klar.

G

Ich hätte mir vor dem Platinen machen einfach mehr gedanken über den
Spannungsregeler machen sollen. Gut bin halt kein E-Techniker. Da gibts
doch irgend was mit einer Spulle und nem Spannungsregler damit der net
so heiß wird. Aber das ist ne andere Baustelle.

Aufdass mein Prop nie kapput geht.*G*

Grüße Marc

Autor: Manos (Gast)
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Ohne Kühlkörper schafft der Spannungsregler nach meiner Formel ca. 2W.
Ausgehend von Tj=150, Umgebungstemperatur=30 und Rthj-Case=3 komme ich
in Deinem Fall auf einen Kühlkörper mit einem RthK von 7,3 K/W (inkl.
20% Sicherheitsreserve).

Dies trifft aber nur zu, wenn Du einen Kurzschluß vernachlässigst, wo
ja dann die vollen 12V über den Spannungsregler abfallen würden.
Würdest Du diesen Fall mit berücksichtigen würdes Du einen Kühlkörper
mit einem RthK von 0,6 benötigen.

Geht man von Tj=125 aus benötigst Du bei 4,5V Abfall ein RthK von 5,0.

Autor: EZ81__ (Gast)
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Immer wieder gern gepostet:
http://sound.westhost.com/heatsinks.htm
Grüße
;Matthias

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