LDO - Junction to Ambient thermal resistance

OP #6360717
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Hallo zusammen,

ich habe mal eine Frage zur “Junction to Ambient thermal resistance” von 
diesem LDO:
https://www.mouser.de/datasheet/2/196/Infineon-TLE4264-2G-DataSheet-v02_71-EN-1732339.pdf

Es sind dort zwei R_thja angegeben:
1. 164 K/W mit dem Hinweis: Package mounted on PCB 80x80x1.5 mm^3; 35 µ 
Cu; 5 µ Sn; Footprint only; zero airflow
2. 81 K/W mit dem Hinweis: 300 mm^2 heat sink area

Den zweiten Wert verstehe ich so, dass er für eine Kühlfläche von 3cm^2 
Kupfer auf dem PCB gilt oder ist mit “heat sink area” an dieser Stelle 
tatsächlich ein externer Kühlkörper gemeint?

Beim ersten Wert steht “Footprint only”. Ist damit gemeint, dass auf dem 
PCB nur der Footprint, quasi so groß wie das Bauteil, als Kühlfläche 
dient? Aber warum ist dann die Größe des PCB angegeben? Oder ist die PCB 
Fläche von 80x80x1.5 mm^3 die Kühlfläche? Aber warum ist dann “Footprint 
only” noch angegeben?

Beste Grüße,
Manuel
(Firma: مهندس) #6360723
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Manuel K. schrieb:
> Es sind dort zwei R_thja angegeben:
> 1. 164 K/W mit dem Hinweis: Package mounted on PCB 80x80x1.5 mm^3; 35 µ
> Cu; 5 µ Sn; Footprint only; zero airflow
> 2. 81 K/W mit dem Hinweis: 300 mm^2 heat sink area

Die haben einfach die 1.164 K/W auf dieser Platine 80×80x1,5/35µ 
gemessen/definiert. Bei einer Multilayer oder anderer Dicke käme ja auch 
ein anderer Wert raus.

Die 2.81 K/W beziehen sich auf eine 300mm^2 HEATSINK AREA, also diesen 
Bereich PCB ohne extra Kühlkörper.

Wobei ich mich frage wo die letzte Stelle bei den 1.16(4) herkommen 
soll, bei gesundem Menschenverstand.
Gast #6360731
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Was die Flächen angeht: ja

> Aber warum ist dann die Größe des PCB angegeben?

Je größer die Platine ist, umso weniger wird die Luft um das Bauteil 
zirkulieren.

Generell sind diese Angaben nur grobe Hausnummern. Der Hersteller will 
damit nur klarstellen, mit welchem Setup er auf die angegebenen Werte 
gekommen ist. Damit nicht jemand ankommt und laut "Betrug! Alles 
gelogen!" ruft, bloß weil er in seinem anderen Setup auf andere 
Messwerte gekommen ist.
Gast #6360755
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Manuel K. schrieb:
> Ist damit gemeint, dass auf dem PCB nur der Footprint, quasi so groß wie
> das Bauteil, als Kühlfläche dient?

Nein, damit ist gemeint, das nur diese Kupferfläche des Footprints auf 
den 80 x 80 Platinenstück ist. Eine Epoxyplatine leitet die Wärme ja 
auch irgendwie weg, halt nur schlecht.

Bei der anderen Platine hat man 3 cm2 als Kühlfläche ausgelegt, also 
verkupfert, möglichst beidseitig und durchkontaktiert. Schon wird die 
Kühlwirkung besser.

In der Praxis darf man nie sowie Leistung verblasen, schliesslich sind 
auch noch andere Bauteile auf der Platine die Wärme erzeugen und man 
will nicht, dass sich das Teil selbst entlötet. Belaste es möglichst 
nichtmal zur Hälfte.
(Firma: مهندس) #6360778
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was schrieb:
> Hirn schläft wohl noch? ~1 K/W ohne fetten Kühlkörper? Leute ich bitte
> euch.
>
> Da steht 164 K/W

Haha ... ja, da hatte ich den ersten Kaffee in der Hand, sorry. Hatte 
überhaupt nicht über die Plausibilität der Zahlen nachgedacht. Danke für 
den Hinweis!

Also 164 und 81 K/W!

Abseits der Zahlen stimmt das Geschriebene jedoch.
OP #6361004
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MaWin schrieb:
> Nein, damit ist gemeint, das nur diese Kupferfläche des Footprints auf
> den 80 x 80 Platinenstück ist. Eine Epoxyplatine leitet die Wärme ja
> auch irgendwie weg, halt nur schlecht.
>
> Bei der anderen Platine hat man 3 cm2 als Kühlfläche ausgelegt, also
> verkupfert, möglichst beidseitig und durchkontaktiert. Schon wird die
> Kühlwirkung besser.

Alles klar, das erklärt es.

Ich bin noch auf diesen Artikel gestoßen, wo mit den Werten gerechnet 
wird:
https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2017/09/20/ldo-basics-thermals-how-hot-is-your-application

In meinem Fall habe ich diese Werte:
V_in = 15V - 0,7V   // 15V Spannungsquelle und min. 0,7V fallen an S1D 
Diode ab
V_outMin = 4,85V    // 5V LDO hat 3% Toleranz
I_outMax = 0,05A
I_gnd = 0,004A
Damit komme ich auf eine P_Dmax von 0,5297 W.

Für I_gnd habe ich den Wert I_q (nicht I_Q) aus dem Datasheet genommen. 
Dort gibt es zwar auch ein I_GND, aber der ist nur im Kapitel "Max 
Ratings" und mit mindestens 50mA angegeben, was ein bisschen viel 
aussieht. Ist I_q mit 4mA der richtige Wert?

Bei einer Umgebungstemperatur von 60°C komme ich somit bei einer 3cm^2 
Kupferfläche auf dem PCB (also R_thja = 81 K/W) auf 102,9057 °C (= 60°C 
+ 81 K/W * 0,5297 W).

Den Artikel verstehe ich so, dass dieser Betrieb so ok wäre, da die 
~103°C unter der max Junction Temperatur von 150°C liegt. Ist das 
korrekt?

Aber steigt die Ambient Temperatur nicht, wenn ich die kleine Heizung da 
dauerhaft laufen lasse? Und damit würden doch auch die 103°C weiter 
ansteigen, oder verstehe ich etwas falsch?
Gast #6361013
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Manuel K. schrieb:
> Aber steigt die Ambient Temperatur nicht, wenn ich die kleine Heizung da
> dauerhaft laufen lasse? Und damit würden doch auch die 103°C weiter
> ansteigen, oder verstehe ich etwas falsch?

Kommt drauf an, ob du ausreichende Zirkulation der Luft hast, oder 
nicht. Der Raum drumherum kann eine kompakte Plastikbox sein, oder ein 
Zimmer, oder die ganze Erdatmosphäre.

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