mikrocontroller.net

Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frage zu thermischer Widerstand


Autor: mark (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
hallo zusammen,

habe kurze frage zum thermischen widerstand von halbleitern.
ich möchte eine diode mit ca. 20Adc betreiben, ca. 1V durchflußspannung.
dadurch hab ich eine Verlustleistung von ca. 20W.
Im Datenblatt der Diode ist ein Rth(Junction-Case) angegeben mit 0.7K/W.
Bedeuted, dass mein Halbleiter sich um ca. 14K gegenüber zum Gehäuse 
erwärmt. Wenn meine Umgebungstemperatur jetzt z.b. 60°C beträgt, wie 
weiß ich dann ob ich die Diode kühlen muss, und wenn ja, welche 
Anforderung an den Kühlkörper kann ich damit ableiten ?

Die maximale Junction Temperatur ist mit 175°C angegeben.
Ich kann jetzt sagen, dass das Gehäuse der Diode nicht 160°C 
überschreiten darf. Aber wie finde ich die Beziehung Umgebungstemperatur 
zu Gehäuse heraus ?
es ist noch ein Widerstand Gehäuse zu Kühlfläche (Case to Heatsink) 
angegeben (0.2K/W), aber das hilft mir irgendwie nich weiter...

danke!
grüße

Autor: Peter Roth (gelb)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
mark schrieb:
> hallo zusammen,

> Im Datenblatt der Diode ist ein Rth(Junction-Case) angegeben mit 0.7K/W.
> Bedeuted, dass mein Halbleiter sich um ca. 14K gegenüber zum Gehäuse
> erwärmt. Wenn meine Umgebungstemperatur jetzt z.b. 60°C beträgt, wie
> weiß ich dann ob ich die Diode kühlen muss, und wenn ja, welche
> Anforderung an den Kühlkörper kann ich damit ableiten ?

Viele Halbleiter haben zusätzlich den Wert Rth(Junction-Ambient) 
angegeben, der für Betrieb ohne Kühlkörper gilt.

> Die maximale Junction Temperatur ist mit 175°C angegeben.
> Ich kann jetzt sagen, dass das Gehäuse der Diode nicht 160°C

knappes Design, nur 1K Reserve.

Dein Kühlkörper-Wärmewiderstand ist in Serie zu Rthjc "geschaltet". Wenn 
der Kühlkörper für (160-60)K ausgelegt wird, darf er höchstens 100K/20W 
= 5K/W haben. Für die Montage (Wärmeleitpaste oder Pads) müssen noch 
0,5..1K/W berücksichtigt werden.

> es ist noch ein Widerstand Gehäuse zu Kühlfläche (Case to Heatsink)
> angegeben (0.2K/W), aber das hilft mir irgendwie nich weiter...

Du solltest vielleicht verraten, um welche Diode es geht. Vielleicht ist 
die Montageart angegeben (s. oben)

Grüße, Peter

Autor: mark (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
hallo,

es handelt sich um die Leistungsdiode 60APU04 von IR.
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/60epu04.pdf

Meine Angabe mit den 160°C ist nur der absolute Grenzwert, den
ich in meinem ersten Post hergeleitet habe. Natürlich wäre es 
sinnvoller,
deutlich drunter zu liegen.

Du ziehst in deiner Rechnung die Umgebungstemperatur von der 
Gehäusetemperatur ab, hast dann ein Delta von 100K. Aber was bedeuten 
jetzt
genau diese 100K effektiv für mich ?

danke

Autor: Jochen Fe. (jamesy)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das läßt sich ausrechnen wie eine Serienschaltung von Widerständen, mit 
der Wärme geht das ganz analog!
Also Widerstand in der Diode, Widerstand des Übergangs auf den KK, und 
Widerstand des KK.
Angegeben in K/W....

Autor: High Performer (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

also im Prinzip musst Du alle thermischen Widerstände in Reihe schalten, 
also addieren.

Da wären: Junction to case (0,7 K/W)

Case to Heatsink (0,2 K/W)

Heatsink zu ambient (Kühlkörper zur Umgebung)

Nehmen wir mal an, Du veranschlagst eine im Betrieb auftretende maximale 
Umgebungstemperatur von 60 Grad (das ist Deine Festlegung, denn nur Du 
kannst abschätzen wie warm es im Gerätegehäuse wird).

Du solltest noch eine Reserve zur maximalen Halbleitertemperatur 
einrechnen. Also lege z.B. die maximale Halbleitertemperatur auf 150 
Grad fest.

Somit darf die Temperaturdifferenz über allen thermischen Widerständen 
150 Grad - 60 Grad = 90 Grad betragen.

Diese Temperatur fällt an Deinen drei Widerständen ab. daraus kannst Du 
jetzt den maximalen Wärmewiderstand des Kühlkörpers berechnen. Der läge 
dann in diesem Fall bei 90K = (Rthjc + Rthch + Rthha) * 20W

90K/20W = rthjc + rthch + rthha

rthha = (90K/20W) / (rthjc + rthch) = 5K/W

Der eingesetzte Kühlkörper muss also einen Wärmewiderstand besser als 
5K/W besitzen.

Wie Peter schon schrieb: Um welche Diode handelt es sich denn?

Autor: High Performer (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Shice: Muss natürlich heißen

rthha = (90K/20W) - 0,2K/W - 0,7K/W = 3,6K/W

zum Glück ist das hier anonym ;-)

Autor: Peter Roth (gelb)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
mark schrieb:

> hast dann ein Delta von 100K. Aber was bedeuten jetzt genau diese 100K
> effektiv für mich ?

Der Kühlkörper muss von der Stelle, wo die Diode draufheizt, soviel 
Wärme abführen können, dass er dort nicht mehr als 100K über der 
Umgebung liegt.

Wobei "Umgebung" natürlich in der Praxis auch bedeuten kann, dass im 
Gerätegehäuse 20 °C mehr als draußen herrschen und der Kühlkörper im 
Gerät also eine entsprechend höhere individuelle Umgebungstemperatur 
sieht.

Die angegebenen 0,2K/W RthCS bei einer geraden, glatten und 
eingeschmierten Kühlfläche sind machbar, aber sicher nur ohne Isolierung 
zwischen Diode und KK.

Grüße, Peter

Autor: mark (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Peter Roth schrieb:
> Der Kühlkörper muss von der Stelle, wo die Diode draufheizt, soviel
> Wärme abführen können, dass er dort nicht mehr als 100K über der
> Umgebung liegt.


Vielen Dank!

Die Berechnung des Rthha hab ich grob soweit verstanden, auch wenn ichs 
noch etwas verinnerlichen muss.

Wie weiß ich nun, ob ein bestimmter kühlkörper diesen Wärmewiderstand 
erfüllt ohne Experte im Bereich Wärmetechnik zu sein ? Wenn man zunächst 
von einer passiven Kühlung ausgeht...

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@  mark (Gast)

>Wie weiß ich nun, ob ein bestimmter kühlkörper diesen Wärmewiderstand
>erfüllt ohne Experte im Bereich Wärmetechnik zu sein ? Wenn man zunächst
>von einer passiven Kühlung ausgeht...

Indem man ins Datenblatt des Kühlkörpers schaut?

MFG
Falk

Autor: mark (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
:-)

nun, ich ging von kühlkörpern ohne datenblätter aus...
aber gut zu wissen...
ich denke manchmal wohl etwas zu pessimistisch :)

danke und gruß

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.