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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kühlkörper für Triac dimensionieren


Autor: Sebastian (Gast)
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Hallo zusammen,

ich finde einfach keine Lösung für mein Problem...

Ich will für einen Triac (mit dem ich dimme) einen Kühlkörper
dimensionieren. Ich blick aber durch den Infowust der Datenblätter
nicht durch (jetzt hab ich mich geoutet).

Der grundsätzliche Weg ist ja: Verlustleistung berechnen, aus max.
Temperatur den Wärmewiderstand ermitteln.

Mein Problem liegt schon ganz am Anfang: bei der Verlustleistung. Wie
bekomme ich die raus?

(Zur Info: TIC236 im TO220, max. 5 A Last an 230V)

Was meint denn "Junction to case/free air thermal Resistance"?

So long,
Sebastian

Autor: Stefan (Gast)
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Ich würde das so machen:
Aufteilen in Durchlass und Schaltverluste.

Durchlassverluste:
RMS-Strom (Maximalwert, wenn Triac dauerhaft an) *
Vorwärtsspannung am Triac (ca. 1.5-2V)

Schaltverluste:
Sind im Datenblatt angegeben (Durchnittswert) oder
zu berechnen aus der Dauer des Zündimpulses,
Gatestroms, ...

Junction To Case für den therm. W. vom Chip zum Triac-
Gehäuse. Junction to free air ist interessant, wenn
der Triac ohne Kühlkörper betrieben wird.

Autor: Sebastian (Gast)
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Hallo Stefan,

Danke für die Erklärung.

Kann mal jemand bitte kurz über meinen Rechenweg drüberschauen?

also komme ich auf etwa 10W Verlustleistung (5A x 2,1V (Vtmax)). Nehme
ich eine Umgebungstemperatur von 35° an und möchte den Triac nicht
heißer als 110° werden lassen, komme ich auf eine Temperaturdifferenz
von 75°. Soweit sogut.

Das bedeutet, ich brauche einen Kühlkörper mit 7,5°C/W ??? Wenn der
Triac selber schon 2°C/W hat, also 5,5°C/W?

Huiuiui. Das ist aber schon ein Brummer.

Oder mach ich was falsch?

Gruß nochmals,
Sebastian

Autor: Stephan Hochberger (Gast)
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2°C/W ist Junction to Case?

Falls ja brauchst du für 110°C Gehäusetemp. den 7,5°C/W. Du hast das
ganze für 110°C Junctiontemp. ausgerechnet.
Mit dem 5,5°C/W-KK ergibt sich ne Gehäusetemp. von 90°C (35°C +
10*55°C).

Autor: A.K. (Gast)
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Das Device ist recht kurios spezifiziert. Bei Rtjc von 2K/W und 10W
Verlustleistung übersteigt also die Sperrschichttemperatur (130°C) die
zulässige Lagertemperatur (125°C). Will man also den zulässigen Strom
ausreizen, dann muss man also ziemlich kreativ ums Eck herum rechnen.

Irgendwie gefallen mit Datasheets besser, in denen die zulässige
Sperrschichttemperatur direkt angegeben ist.

Autor: A.K. (Gast)
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Es gibt übrigens auch bessere Typen. BT 13x - kleinere Vt, kleinerer
Rtjc => kleinerer Kühlkörper. Und kostet evtl. weniger als die
Differenz beim Kühlkörper.

Autor: Sebastian (Gast)
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Prima. Dann hab ich's ja (fast) richtig verstanden.

@Stefan: jup, 2°C/W ist junction to case. Muss ich das jetzt abziehen,
oder nicht.

@A.K.: die BT13-er werde ich mir auch mal anschauen.

Danke euch sehr.

Gruß,
Sebastian

Autor: Sebastian (Gast)
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Dabei fällt mir noch was auf/ein:

Ich schweife jetzt ein bisschen vom Ursprungsthema ab, aber irgendwie
passt's hierher.

Mir ist aufgefallen, dass viele Triacs eine elektrische Verbindung
zwischen einem der beiden MTs und der Kühlplatte haben. Warum?

Ich finde es eher lästig, hatte ich mir doch so schlau überlegt,
einfach mein Alu-Gehäuse als Kühlkörper zu mißbrauchen. Damit mir nicht
die Haare zu berge stehen bräuchte ich dann natürlich Triacs ohne diese
elektrische Verbindung. Da ich den TIC hier rumfliegen hatte, dachte
ich, ok, dann eben mit Kühlkörper, geht ja auch.

Aber wenn schon anderer Triac, dann wohl einer ohne diese Verbindung.
BTA-... oder so, mal sehen.

Gruß,
Sebastian

Autor: Thomas Burkhardt (Gast)
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Hi,

>warum?
Nunja, das Halbleitersubstrat ist mit dem Gehäuse verbunden, sonst käme
die Wärme auch nicht so gut raus :) Dadurch gibts leider auch einen
elektrischen Kontakt...

Abhilfe können allerdings Silikonfolie oder Glimmerscheiben sein.

Autor: mmerten (Gast)
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gibt allerdings auch vollisolierte triac schau aml bei www.st.com :-)

Autor: Thomas Burkhardt (Gast)
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Hi mmerten,

stimmt schon, ich wollte keinesfalls den Eindruck erwecken, dass es
sowas nicht gäbe :)

Autor: Benjamin K. (exs)
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Moin,

nun hab ich mal ne Frage, wenn ich so in meine Literatur sehe und den 
Kühlkörper für meinen Triac (TIC246D) berechnen will, dann komme ich auf 
folgende Ergebnisse:

V_t_max (On-state voltage) = 1,7V
I_t_max (On-state current) = 16A
R_t_JG = 1.9°C/W

macht eine P_tot von 27,2 W. Soweit so gut, leider finde ich keine 
Angabe im Datenblatt von Silicon Triacs zur Kristalltemperatur. Kann mir 
da jemand einen realistischen Wert nennen?

Wenn ich mal mit 150°C rechne, was laut meiner Literatur ein 7815 als 
T_j hat, dann komme ich auf eine maximale Gehäusetemperatur von 98,32°C. 
Was letztendlich zu einem maximalen thermischen Kühlkörperwirderstand 
von 1,32°C/W führt.

Das wär allerdings schon ein krasser Kühlkörper. Kann man den Triac bei 
der Temperatur von 98,32°C auch ohne Kühlkörper betreiben? Die maximale 
zulässige Gehäusetemperatur liegt laut Datenblatt bei 110°C.

Kann man alternativ einen Kühlkörper mit einem höheren thermischen 
Widerstand nehmen, da die maximale Gehäusetemperatur ja nicht erreicht 
wird?

Autor: HildeK (Gast)
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Man muss auch das Kleingedruckte im Datenblatt anschauen (steht sogar 
gleich auf Seite 1):
Above 70°C derate linearly to 110°C case temperature at
the rate of 400 mA/°C.
Bei 110°C case darfst du dann keinen Strom mehr durch den Triac 
schicken. Wie nett. Das ist dann auch gleich die maximale 
Sperrschichttemperatur.
Ohne nachzuschauen hätte ich dem schon mal bis zu 120°-130°C an der 
Sperrschicht im Extremfall zugetraut.

Bei voller Last wird die Sperrschicht etwas mehr als 50K über der 
Gehäusetemperatur liegen. Das heißt, das Gehäuse musst du auf <60°C 
halten. Wie auch immer. Wenn du einen KK findest mit 1K/W, dann darf das 
Gebilde bei knapp 35°C Umgebungstemperatur noch betrieben werden. Hat 
der KK 5K/W, ja dann geht die Schaltung nur im tiefsten Winter in 
Sibirien :-).
In der Praxis hast du vielleicht noch ein klein wenig Luft: typisch ist 
die On-Stage-Voltage ja bei 1,4V. Spart fast 5W und gibt etwas 
Sicherheitsreserve.

Durch Luftströmung (Lüfter, natürliche Konvektion) gehen die 
Wärmewiderstände eines KK deutlich nach unten.

>maximale Gehäusetemperatur von 98,32°C.
Es macht wenig Sinn, in dem Metier mit vier gültigen Stellen zu rechnen 
... Das sind rund 100°C!

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