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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wärmewiderstandsberechnung FET


Autor: Mercilon (Gast)
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Hallo Zusammen..
Habe vor, mir ein regelbares Netzgerät zu basteln. Damit ich bis zu 2A 
Strom ziehen kann verwende ich zwei parallel geschaltete FET's 
(BUK7514-55A) die gesamte Ausgangsspannung beträgt 24V wie kann ich 
einen Kühlkörper berechnen, bei welchem ich beide FET's auf dem selben 
montieren kann?

Rthja=(tempj-tempa)/Pv

Rthja=Wärmewiderstand
tempj=Junctiontemperatur
tempa=Umgebungstemperatur
Pv=Maximale Verlusttemperatur

Sehe ich das richtig, dass ich für Pv meine gesamte Ausgangsleistung des 
Netzgerätes nehmen muss also 2Ax24V=48W oder muss ich hier die maximale 
Verlustleistung meines Transistors einsetzen?

Die Temperatur tempj beträgt 175°C (Aus Datenblatt) und die Temperatur 
tempa... kann ich die einfach bestimmen oder muss ich diese messen? 
Diese Temperatur hängt doch von meinem Kühlkörper ab...

Besten Dank für eure Bemühungen...

Autor: Martin (Gast)
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Die meiste Verlustleistung tritt ja auf beim ausgangsseitigem 
Kurzschluss mit Strombegrenzung voll aufgedreht. Da du bestimmt nach der 
Gleichrichtung über 25V hast, müsstest du die Spannung * 2A rechnen.

Autor: HildeK (Gast)
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tempa steht für "temperatur of a_mbient" = Umgebungstemperatur.

Die tatsächliche maximal auftretende Verlustleistung ist hier anzusetzen 
und wird multipliziert mit der Summe aller Wärmewiderstände. Das ergibt 
die Temperaturdifferenz zwischen Umgebung und Junction oder anders 
ausgedrückt, es sagt dir, wieviel heisser die Sperrschicht als die 
Umgebung ist.

Übrigens: die 175° würde ich niemals ansetzen. Da ist der Halbleiter 
praktisch so gut wie im Jenseits.

Zur prinzipiellen Vorgehensweise ein Vergleich mit der Elektrik:
- du hast eine Wärmequelle in der Sperrschicht =^ Spannungsquelle
- du hast seriell geschaltete Wärmewiderstände =^ el. Widerstände in 
Serie
- diese gehen auf die Umgebung =^ Masse.

Richtiges Vorgehen wäre:
- Bestimme die maximale Verlustleistung (Beachte den Post von Martin)
- Wähle die deiner Meinung nach maximale Sperrschichttemperatur (IMHO 
max. 125°, in Extremfällen auch 140°, nicht aber 175°)
- Finde heraus, bei welcher maximalen Umgebungstemperatur (also 
Innentemperatur des Gehäuses) der Kühlkörper betrieben wird.
- Rechne: gewählte max. Sperrschichttemp.  minus  maximale 
Umgebungstemp. und  teile dies durch die maximale Verlustleistung.
- das ist der maximale Wärmewiderstand, den du brauchst.
- ziehe davon die vorhandenen Wärmewid. ab, also Junction-Case und ev. 
Case-Kühlkörper ab. Da du zwei FETs parallel betreiben willst, kannst du 
vorher die Werte von Junction-Case und Case-KK halbieren.
Das was da übrigbleibt, ist dann der maximale Wärmewiderstand, den dein 
Kühlkörper haben darf.

Autor: Mercilon (Gast)
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Okey das bedeutet, wenn ich einen Wärmewiderstand von 0.9 K/W (-> Aus 
Datenblatt) rthj-m habe, muss ich diesen durch 2 dividieren. Das ergibt 
0.45 K/W wenn ich noch einen Kühlkörper von 1.2 K/W nehme, so habe ich 
einen gesamten Widerstand von 1.65 K/W

Der maximale Wärmewiderstand (1.65 K/W) mal meine c.a. 48W (=79.2°K) 
ergibt mir die Temperatur welche ich von der Junctiontemperatur abziehen 
muss, also 125°C - 79.2°K = 45.8°C das heisst meine Umgebungstemperatur 
darf maximal 45.8°C heiss sein oder wie? Muss ich die 79.2°K umrechnen 
also 352.2°C nehmen oder spielt dies keine Rolle?

Autor: Christian T. (shuzz)
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Mercilon wrote:
> Okey das bedeutet, wenn ich einen Wärmewiderstand von 0.9 K/W (-> Aus
> Datenblatt) rthj-m habe, muss ich diesen durch 2 dividieren. Das ergibt
> 0.45 K/W wenn ich noch einen Kühlkörper von 1.2 K/W nehme, so habe ich
> einen gesamten Widerstand von 1.65 K/W
>
> Der maximale Wärmewiderstand (1.65 K/W) mal meine c.a. 48W (=79.2°K)
> ergibt mir die Temperatur welche ich von der Junctiontemperatur abziehen
> muss, also 125°C - 79.2°K = 45.8°C das heisst meine Umgebungstemperatur
> darf maximal 45.8°C heiss sein oder wie? Muss ich die 79.2°K umrechnen
> also 352.2°C nehmen oder spielt dies keine Rolle?

Du hast richtig gerechnet, bei dem von Dir berechneten KK darf die 
Umgebungstemperatur max. 45,8°C betragen.
(Wenn's bissl mehr wird ist's auch net schlimm da der Headroom bei der 
max. tempj groß genug ist.)

Umrechnen musst Du da nix, die Kelvinskala benutzt die gleichen Schritte 
wie die Celsiusskala, lediglich der Nullpunkt ist unterschiedlich 
(Kelvin - absoluter Nullpunkt, Celsius - Gefrierpunkt d. Wassers).

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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nur absolute temperaturen dürfen in grad celsius angegeben werden, 
temperaturdifferenzen (also celsius minus celius, celsius minus kelvin, 
...) ergeben kelvin als einheit. du hast also richtig gerechnet. beachte 
bei der luft auch, dass das teil auch im sommer betrieben wird, ggf. die 
sonne auf den kühlkörper scheint und so weiter, also mit 22°c 
raumtemperatur sollte man nicht rechnen. ich denke, dein kühler ist 
recht gut dimensioniert, schau aber, ob dessen thermischer widerstand im 
passivberieb, oder im belüfteten zustand gilt.

Autor: HildeK (Gast)
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> ... celsius minus kelvin, ...) ergeben kelvin als einheit.
Gerade da würde ich sagen, es ergeben sich °Celsius im Ergebnis:
Ich habe einen Körper mit 50°C. Ich kühle ihn und reduziere seine 
Temperatur um 20K. Er hat dann 30°C. Oder nicht?

Autor: Mercilon (Gast)
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Super!!
okey und wenn ich noch eine Isolationsscheibe (Glimmerscheibe) zwischen 
FET und Kühlkörper einsetzen muss, da der TAB mit dem Darin des FET's 
verbunden ist, so sinkt meine Umgebungstemperatur, sehe ich das richtig? 
Was gibt es für möglichkeiten den Kühlkörper zu Isolieren und welchen 
Wärmewiderstand besitzt eine solche Glimmerscheibe? Kommt es darauf an, 
wie die beiden FET's auf dem Kühlblech montiert sind? am besten wohl 
symetrisch...

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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@hildek: natürlich ergibt das celsius (indieeckestellundschäm)!
@Mercilon: ja, die höchstmögliche umgebungstemperatur sinkt. du usst den 
thermischen widerstand, wie oben schon zu den anderen widerständen 
zuaddieren. wie groß dieser ist, kannst du im datenblatt nachlesen, die 
einschlägig bekannten versandhäuser helfen dir da weiter. ansonsten gibt 
es noch wärmeleitpads, die im prinziup wie eine glimmerscheibe 
funktionieren. das alles gibt es auch schon als zuschnitte für die 
gängigen transistorbauformen.

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