Hallo ! Ich habe ein etwas größeres Kühlungsproblem vor mir: Wie die Kühlkörperberechnung für einen einzelnen Transistor am Kühlkörper funktioniert ist mir klar, nicht jedoch bei mehreren Transistoren. Zu den Daten: 1000 Watt Verlustleistung verteilt auf 10x 100 Watt Mosfet Rjc (junction-case) = 0.42 Rcs (case-sink) = 0.24 Tj max = 175°C Tu = 30° Nun ist eben meine Frage wie ich den benötigten Kühlkörper (Rth) berechne damit Tj< als 175 Grad und Tc < 100 Grad sind. Hätte einen Kühlkröper mit 0,02 K/W zur verfügung. Könnte dieser reichen ? Bitte um Hilfe bei der Berechnung. Liebe Grüße
Manuel schrieb: > Bitte um Hilfe bei der Berechnung. Ist wie im richtigen Leben: Du hast eine Parallelschaltung von 10 Wärmewiderständen (jeweils aus 2 in Serie geschalteten Einzelwiderständen). Das Ganze in Reihe zu den 0.02 K/W. Wenn Du jetzt noch bei der Widerstandsformel den Strom durch die Leistung und die Spannung durch die Temperatur-Differenz ersetzt kann doch gar nichts mehr schief gehen. Gruß Anja
In erster Näherung würde ich für den Kühlkörper 0,2K/W ansetzen (das Zehnfache) und die Berechnung für einen Transistor durchführen. Gäbe in Summe 0,86K/W. Bei 100W pro Transistor wird der um 86K wärmer als die Umgebung. Da das für jeden gilt, bist du fertig. Andere Betrachtung: die Wärmewiderstände Rjc und Rcs der 10 Transistoren als parallel geschaltete Widerstände betrachten. Also: 0.1*(0.42+0.24)+Rth. Summe ist dann 0.086K/W, diesmal an 1000W, macht wieder 86K Übertemperatur. Kein Problem für deine Mosfets bei 30°C Umgebung. Am Kühlkörper selber hast du 66K Übertemperatur [(0.42+0.24)*100], also fast 100°C. Verbrenne dir die Finger nicht ...
HildeK schrieb: > Am Kühlkörper selber hast du 66K Übertemperatur [(0.42+0.24)*100], also > fast 100°C. Verbrenne dir die Finger nicht ... Sorry, streiche den Satz. Der KK wird 0.02K/W*1000W, also 20K über der Umgebung liegen.
>Hätte einen Kühlkröper mit 0,02 K/W zur verfügung.
Wo bekommt man sowas?
Is das ganze wirklich so linear ? Vorraussetzung ist sicherlich die verteilung der transistoren auf den ganzen kühlkörper oder ?
Manuel schrieb: > Is das ganze wirklich so linear ? > > Vorraussetzung ist sicherlich die verteilung der transistoren auf den > ganzen kühlkörper oder ? Ich denke, dass die Verteilung der Transistoren und damit der Wäremquellen ein großer Vorteil ist. Würde die gesamte Leistung an einem Punkt auf den Kühlkörper gebracht, dann hast du einen deutlichen Gradienten zu den entfernteren Punkten und somit eine schlechtere Entwärmung - sprich, einen höheren Wärmewiderstand bzw. eine größere Hitze in deinem Halbleiter. Das kann ich aber nicht quantitativ angeben. Trotzdem wird auch bei der geplanten Anordnung sehr viel Sorgfalt auf einen perfekten Übergang vom Transistor zum Kühlkörper notwendig sein. Ich nehme mal an, dass der Kühlkörper bei den Werten bereits mit einem Lüfter ausgestattet ist, wenn nicht: damit kann man nochmals deutliche Verbesserungen erzielen.
Manuel schrieb: > 1000 Watt Verlustleistung verteilt auf 10x 100 Watt Mosfet > > Rjc (junction-case) = 0.42 > > Rcs (case-sink) = 0.24 > > > > Tj max = 175°C > > Tu = 30° Ich tippe mal darauf der Transistor einen Thermischen Widerstand zwischen Halbleiterchip und Transistorgehäuse von 1,5°/Watt hat. Allgemein üblich ist es das die maximale Verlustleistung eines Transistors unter der Vorraussetzung angegeben ist, das das Gehäuse des Transistors auf 25° konstant gehalten wird. Somit gilt bei einen Transistor mit 100W max.Verlustleistung und einer maximal zulässigen Chiptemperatur von 175° folgendes. 175°-25°/ Wärmewiderstand ( Chip- Gehäuse ) = Verlustleistung. Somit wirst du mit den 10 Transistoren niemals hinkommen. Oder hat sich etwa die Herstellerspezifikationen mittlerweile geändert? Ich würde das auf jeden Fall mal überprüfen. Ralph Berres
Ralph Berres schrieb: > Manuel schrieb: >> 1000 Watt Verlustleistung verteilt auf 10x 100 Watt Mosfet >> >> Rjc (junction-case) = 0.42 vs. > Ich tippe mal darauf der Transistor einen Thermischen Widerstand > zwischen > Halbleiterchip und Transistorgehäuse von 1,5°/Watt hat. Das verstehe ich jetzt nicht.
Das ganze Vorhaben ist etwas durchgeknallt. 20W auf einem Kuehlkoerper sind schon viel. Obendram benoetigt man Luefter. Oberhalb 100W wird der Luefter langsam laestig laut. Dk bei 1kW sollte mit Wasser gehuehlt werden. Zudem sind Transistoren parallel nicht stabil. Bipolare brauchen Emitterwiderstaende, und Fets brauchen eine eigene Ansteuerung. Einen Satz Fets parallel auf ein kuehlblech und die Gate parallel funktioniert nicht. Denn der Waermste hat die tiefste Gateschwellenspannung, was bedeutet er nimmt den groessten Strom - plopp - und weg isser.
Simon Ich glaube den Angaben von Manuel zu dem Halbleiter nicht. Entweder hat der Transistor einen Rjc von 0,42°/Watt, dann hat er aber eine viel größere maximale Verlustleistung, oder der Transistor hat ein Ptot von 100 Watt, dann hat er halt einen RJc 1,5°/Watt. Bei Tj max 175° versteht sich. Das war jedenfalls bisher die Vorgehensweise der Halbleiterhersteller seit es Halbleiter gibt. Dritte Möglichkeit die Hersteller haben Ihre Spezifikationen , wie sie die Angaben machen, geändert. Das glaube ich allerdings solange nicht, bis ich es schwarz auf Weiß sehe. Vielleicht wäre es ja hilfreich wen der Manuel mal mitteilt um welchen Transistor es sich handelt. Dann könnte man selbst mal ins Datenblatt schauen. Ralph Berres
Wenn er 100W auf einen Transistor hetzt und bei Verstand ist, dann hat der Transistor mindestens 200W. Denn ein 100W Transistor verträgt faktisch keine 100W (ausser im Labor).
Zapp Das er Emitterausgleichswiderstände benutzt , davon gehe ich mal aus. Ohne würde das in der Tat nicht funktionieren, auch mit Mosfets nicht. Ich habe schon mehrere Projekte realisiert wo bis zu 1KW als Wärme abgeführt werden musste. Da waren immer so an die 40 dicke Transistoren plus dicke Lüfter im Einsatz um thermisch halbwegs auf der sicheren Seite zu sein. Ralph Berres
>Entweder hat der Transistor einen Rjc von 0,42°/Watt, dann hat er aber >eine viel größere maximale Verlustleistung, oder der Transistor hat ein >Ptot von 100 Watt, dann hat er halt einen RJc 1,5°/Watt. Bei Tj max >175° versteht sich. Das war jedenfalls bisher die Vorgehensweise der >Halbleiterhersteller seit es Halbleiter gibt. Wo hat er denn geschrieben, wieviel Leistung ein einzelener Mosi verträgt? Er hat doch nur 100W pro Mosfet angesetzt als Ausgangsbasis, die er denen zumuten will.
Bei der Ptot muss man das Derating beruecksichtigen. Bsp: IRFP260N, Ptot 300W, Derating 2W/K Bei Tc=125C also nur noch 100W erlaubt.
HildeK schrieb: > Ich denke, dass die Verteilung der Transistoren und damit der > Wäremquellen ein großer Vorteil ist. Der Gesamtwärmewiderstand des Kühlkörpers wird durch den Übergang zur Umgebung dominiert, nicht durch die Wärmeleitfähigkeit des Materials (Alu oder Kupfer). Selbst wenn der am weitesten entfernte Punkt des Kühlkörpers einen halben Meter von der Wärmequelle entfernt ist (durchs Material gemessen), sind das (bei Alu) nur ca. 0,002K/W Widerstand, also eine Grössenordnung unter dem gesamten. Deshalb ist es weitgehend egal, ob die Leistung nur an einer Stelle oder verteilt eingeleitet wird. Andreas
Andreas Ferber schrieb: > Selbst wenn der am weitesten entfernte Punkt des > Kühlkörpers einen halben Meter von der Wärmequelle entfernt ist (durchs > Material gemessen), sind das (bei Alu) nur ca. 0,002K/W Widerstand, also > eine Grössenordnung unter dem gesamten. Also das stimmt mit Sicherheit nicht! Warum verlegen wir dann eigentlich noch Warmwasserrohre und nicht einfach Alustangen im Haus ;-) Nein, ernsthaft, du musst die Einheit
falsch verstanden haben. In diese Formel kannst du nicht einfach den Abstand einsetzen, sondern den Quotienten aus Fläche und Länge also:
Also der Wärmeleitwert
ist festgelegt durch die speziefische Wärmeleitfähigkeit
der Länge und dem Querschnitt.
Gruß Christian
Jens G. schrieb: > Wo hat er denn geschrieben, wieviel Leistung ein einzelener Mosi > > verträgt? Er hat doch nur 100W pro Mosfet angesetzt als Ausgangsbasis, > > die er denen zumuten will. Dann hat er sich aber für mich sehr missverständlich ausgedrückt. Ralph Berres
Andreas Ferber schrieb: > Selbst wenn der am weitesten entfernte Punkt des > Kühlkörpers einen halben Meter von der Wärmequelle entfernt ist (durchs > Material gemessen), sind das (bei Alu) nur ca. 0,002K/W Widerstand, also > eine Grössenordnung unter dem gesamten. Ganz glauben kann ich die Aussage so nicht. Der genannte Rth wird auch abhängen vom Querschnitt des Alu, je kleiner der ist, desto größer ist der Wert. Damit werden entfernte Punkte etwas kühler sein und somit der 'Einspeisepunkt' entsprechend wärmer - und damit auch die zu kühlende Sperrschicht. Aber ich muss zugeben, dass ich da keine Messungen vorweisen kann, es ist eher ein Bauchgefühl. Wenn dein genannter Wert realistisch ist, dann spielt das in der Tat kaum eine Rolle. Ich streiche also mal vorsichtshalber das Wort 'groß' aus meiner obigen Aussage. :-) Ich denke, für den TO ist es auf jeden Fall wichtig, dass verteilte Wärmequellen kein Nachteil sind.
Christian L. schrieb: > Andreas Ferber schrieb: > Nein, ernsthaft, du musst die Einheit
falsch > verstanden haben. In diese Formel kannst du nicht einfach den Abstand > einsetzen, sondern den Quotienten aus Fläche und Länge also: >
Ähm, ja stimmt, sollte nicht vor dem ersten Kaffee posten. Aber für die massiven Teile eines Kühlkörpers (man wird die Transistoren wohl nicht an Kühlfinger o.ä. montieren) stimmt es wohl trotzdem im Ergebnis, da für diesen Teil bei den meisten Kühlkörpern A/l >1m sein dürfte (ja, man müsste für einen genauen Wert integrieren, da das bei punktueller Heizung nicht einfach ein massiver Stab ist, für eine grobe Abschätzung sollte es aber reichen). Deshalb haben Kühlkörper ja die massive Basis, um die Wärme einigermassen gleichmässig über den gesamten Kühlkörper zu verteilen. Andreas
Andreas Ferber schrieb: > für diesen Teil bei den meisten Kühlkörpern A/l >1m sein dürfte Heute ist nicht mein Tag. Natürlich ist es das nicht. Andreas
also ob nur an einem Punkt eingespeist wird, oder schön verteilt an mehreren Punkten, macht schon einen kräftigen Unterschied. Am Einspeisepunkt ist nun mal der hotSpot, und zum Rand kann es schonmal 10-20K abfallen (um die 20K Diff. hatte ich mal mit einem IR-Thermometer gemessen, als ich mal Heiztests mit einem Mosi in der Mitte eines 25x10x4cm³-KK gemacht hatte). Da macht es sich schon bemerkbar, wo bzw. wie verteilt eingespeist wird. Die 0,002K/W sind jedenfalls völlig unrealistisch.
Jens G. schrieb: > also ob nur an einem Punkt eingespeist wird, oder schön verteilt an > mehreren Punkten, macht schon einen kräftigen Unterschied. Danke für die Bestätigung meines 'Bauchgefühls' :-).
Zapp schrieb: > Oberhalb 100W wird der > > Luefter langsam laestig laut. Dk bei 1kW sollte mit Wasser gehuehlt > > werden. Nun, Du übersiehst dabei: es gibt durchaus Umgebungen in denen der Lärmpegel wenig stört. Und es gibt leise Lüfter. Für 1000 W auf einem Fischer KK geht es problemlos mit Lüfter, Wasser ist da bei weitem noch nicht nötig. Hier schon seit den 1980ern mit 12x 2N3055 par. in mehreren Anwendungen.
Ralph Berres schrieb: > Somit gilt bei einen Transistor mit 100W max.Verlustleistung und einer > maximal zulässigen Chiptemperatur von 175° folgendes. > 175°-25°/ Wärmewiderstand ( Chip- Gehäuse ) = Verlustleistung. > > Somit wirst du mit den 10 Transistoren niemals hinkommen. Die Fets vertragen 180 Watt bei Tc = 100 Grad Die angegebenen Rths stimmen
Zapp schrieb: > Zudem sind Transistoren parallel nicht stabil. Bipolare brauchen > Emitterwiderstaende, und Fets brauchen eine eigene Ansteuerung. Einen > Satz Fets parallel auf ein kuehlblech und die Gate parallel > funktioniert nicht. Jeder FET wird einzeln angesteuert / geregelt
Zapp schrieb: > Zudem sind Transistoren parallel nicht stabil. Bipolare brauchen > Emitterwiderstaende, und Fets brauchen eine eigene Ansteuerung. Einen > Satz Fets parallel auf ein kuehlblech und die Gate parallel > funktioniert nicht. Jeder FET wird einzeln angesteuert / geregelt Es wird auch jeder FET einzeln angesteuert / geregelt weil es bereits einige nachfragen gab. Sourewiderstände sind trotzdem vorhanden um strom zu messen und zu regeln
Manuel schrieb: > Die Fets vertragen 180 Watt bei Tc = 100 Grad Ich habe das unter den von dir angebenen Bedingungen mal nachgerechnet. Der Transistor müßte demnach ein Ptot von knapp 230 Watt haben. Tjmax-Raumtemperatur : ( RJC+RCS )= Pmax. 175°-25°=150 150°/ (0,42°/W+0,24°/W ) = 227 Watt. 0,42°/Watt+0,24°/Watt =0,68° *100W = 68° Temperaturunterschied zwischen Chip und Kühlkörper. Der Kühlkörper ist gegenüber der Umgebung 0,02°/W *1000W= 20° Wärmer. Der Chip ist also gegenüber der Umgebung um 66°+20°=86° Wärmer. Hinzu kommt die Umgebungstemperatur von angenommen 20°. Dann wäre der Chip 86°+20°= 106° heiss. Es ist also noch genügend Reserve bis zur maximal zulässigen 175° ChipTemperatur. Theoretisch würde man sogar mit 5 Transistoren auskommen, jedoch sind dann keine Sicherheitsreserven mehr vorhanden. Die maximale Chiptemperatur von 175° wäre dann im normalen Betriebsfall erreicht. Das wäre der Lebensdauer des Halbleiters nicht dienlich. Allerdings ist ein Kühlkörper von 0,02°/Watt schon recht sportlich. Mit forcierter Zwangsbelüftung ( größerer Tunnelkühlkörper mit jeweils 120mm Lüfter am Anfang und Ende des Tunnels ) könnte man das aber sicherlich erreichen. Ralph Berres
Ralph Berres schrieb: > Mit forcierter Zwangsbelüftung ( größerer Tunnelkühlkörper mit jeweils > > 120mm Lüfter am Anfang und Ende des Tunnels ) könnte man das aber > > sicherlich erreichen. Nicht nur könnte, man kann definitiv: Auf 2 Tunnel 400mm lang, 240x120 mm Frontseitig und die beiden Lüfter NEBENEINANDER läuft das auch getestet problemlos um 1000 Watt abzuführen.
Andrew Taylor schrieb: > 0,42°/Watt+0,24°/Watt =0,68° *100W = 68° Temperaturunterschied zwischen > Chip und Kühlkörper. > > Der Kühlkörper ist gegenüber der Umgebung 0,02°/W *1000W= 20° Wärmer. > Der Chip ist also gegenüber der Umgebung um 66°+20°=86° Wärmer. Sollten wohl 68°+20° = 88° wärmer sein.
Manuel schrieb: > Andrew Taylor schrieb: >> 0,42°/Watt+0,24°/Watt =0,68° *100W = 68° Temperaturunterschied zwischen >> Chip und Kühlkörper. >> etc....... Wenn Du mal wieder zitierst, dann bitte RICHTIG. Denn: Stammt nicht von mir.
Sorry, nicht mein Fehler. Hab den Text markiert. warum dann dein name dabeisteht ... wohl ein fehler vom forum
Zapp schrieb: > Das ganze Vorhaben ist etwas durchgeknallt. 20W auf einem Kuehlkoerper > sind schon viel. Obendram benoetigt man Luefter. Dann ist aber auch dein PC ein etwas durchgeknalltes Gerät. Eine normale CPU verheizt auch schon 40...130W. Okay, vielleicht hast du ja einen PC mit einer extrem sparsamen CPU. Intel Atom z.B.; oder gleich ARM. Aber nun zurück zum Thema: 1kW Verlustleistung abzuführen ist nicht unrealistisch, schon gar nicht, wenn man professionelle Kühlkörper verwendet. Im Bastler-Bereich könnte man sich aber auch noch mit CPU-Kühlern behelfen. Die billigsten kosten unter 5€/Stück und können 100 bis 200 Watt abführen. Aber zurück zum Thema: Zu beachten ist auch noch, ob die Halbleiter zum Kühlkörper hin isoliert werden sollen. Falls ja, dann vergesst bitte für derartige Verlustleistungen ganz schnell die sonst üblichen Glimmerscheiben. Diese sorgen nämlich bei TO247-Mosfets für ca. 1K/W ZUSÄTZLICHEN Wärmewiderstand. Für solche Zwecke gibt's Wärmeleitfolie. Besonders gut ist die rote "Kerafol", z.B. bei Conrad zu bekommen (http://www.conrad.de/ce/de/product/189058/) Die hat bei einem TO247 ca. 0,22K/W zusätzlichen Wärmewiderstand.
Markus F. schrieb: > Die hat bei einem TO247 ca. 0,22K/W zusätzlichen Wärmewiderstand. Wie kommst du auf diese 0,22 K/W ?
Manuel schrieb: >> 0,42°/Watt+0,24°/Watt =0,68° *100W = 68° Temperaturunterschied zwischen > >> Chip und Kühlkörper. > >> > >> Der Kühlkörper ist gegenüber der Umgebung 0,02°/W *1000W= 20° Wärmer. > >> Der Chip ist also gegenüber der Umgebung um 66°+20°=86° Wärmer. > > > > Sollten wohl 68°+20° = 88° wärmer sein. Also um jetzt einen Streit zu vermeiden. Diese Aussage stammt von mir. Aber es war die einzige Zeile die ich vergessen habe zu verbessern. Richtig ist natürlich 0,66° * 100W = 66° Temperaturerhöhung. Aber mal ehrlich ist das so wichtig für die Aussage? Glimmerscheiben tragen nochmal mit ca 0,5°/W bei, die noch hinzu addiert werden müssten. Aber es soll ja auch Fälle geben wo der Kühlkörper isoliert montiert ist, und nicht die Transistoren. Ralph Berres
Manuel schrieb: > Markus F. schrieb: >> Die hat bei einem TO247 ca. 0,22K/W zusätzlichen Wärmewiderstand. > > Wie kommst du auf diese 0,22 K/W ? Weil es z.B. im Datenblatt steht und das ist gut so. Und Manuel, beachte bitte den letzten Absatz in Ralph's obenstehendem Posting.
Dem Datenblatt entnehme ich Rth = 0,09 Rth Die isolierung des Kühlkörpers an sich kommt in diesem Fall nicht in Betracht. Isolierung muss also am FET erfolgen
also der Bezug zum TO247 steht wohl nicht direkt im DB. Der dort angegebene Rth steht auch einfach so im luftleeren Raum ohne jeden Bezug. Läßt sich also nur aus dem dort angegeben λ errechnen.
Manuel schrieb: > Wie kommst du auf diese 0,22 K/W ? Ein TO247 hat ca. 1,75cm² kühlbare Metallfläche. Kann man z.B. anhand der Abmessungen aus dem Datenblatt ausrechnen. Und die Folie hat eine Wärmeleitfähigkeit von 6.5 W/mK und ist 0,25mm dick. Nun kommt das hier ins Spiel: http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeleitf%C3%A4higkeit#Rechenbeispiel Wenn man nun die 1,75cm² und 0,25mm Dicke einsetzt, kommt man auf eine Wärmeleitfähigkeit von 4,55W/K für eine TO247-Isolierfolie aus diesem Material. Der Wärmewiderstand ist der Kehrwert der Wärmeleitfähigkeit (sieht man schon an den Einheiten). 4,55W/K entsprechen also einem Wärmewiderstand von ca. 0,22K/W. Übrigens braucht man mit dieser Folie keine Wärmeleitpaste mehr. Ich schätze also, dass der Gesamt-Wärmewiderstand nicht einfach der "Case-To-Sink"-Widerstand + dem Wärmewiderstand der Folie ist: In dem "Case-To-Sink"-Widerstand ist ja schon Wärmeleitpaste mit eingerechnet. Der Gesamt-Wärmewiderstand dürfte also geringer werden.
Reicht eine Schraube mit Mutter für die ideale Befestigung, oder soll ich eine Schiene über die Mosfets machen, um sie an den Kühlkörper zu pressen ?
Manuel schrieb: > Reicht eine Schraube mit Mutter für die ideale Befestigung, oder soll > ich eine Schiene über die Mosfets machen, um sie an den Kühlkörper zu > pressen ? Eigentlich reicht die Schraube. Hängt aber davon ab wie krumm die Teile gefertigt sind. Zusätzliche Schiene ist sicher kein Schaden. Die musst du aber zwischen jedem Mosfet an den KK zurren. Sonst bringt die wegen Durchbiegung nur am Anfang und Ende was.
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.