Hallo zusammen. Ich habe mich in den letzten Tagen ein bisschen mit
thermischen Widerständen auseinander gesetzt, da ein Bauteil ggf relativ
Warm wird, in dem Zug hab ich mich auch ein bisschen über Kühlung
informiert.
Meine Frage bezieht sich darauf, warum bei einer gewissen Leistung ein
Bauteil nicht immer heißer wird.
Als Beispiel ein Bauteil, dass 0.5W Leistung umsetzt, ein Rth(j-a) von
80K/W hat und ein Rth(j-c) von 4K/W.
Soweit ich das verstanden habe, wird das also wie folgt gerechnet:
Umgebungstemperatur sei 20°C, also ist eine Junction-Temperatur von 20°C
+ 40K = 60°C, was bei einer "Standard-maximal-Temperatur" von 125°C noch
im Rahmen ist. Aber: Durch den relativ kleinen Junction-Case Widersand
wird das gesamte Gehäuse doch auch relativ Warm (Ansich 60°C - 2K =
58°C). Und dadurch wird die Umbegungstemperatur erhöht, was man auch
spürt, wenn man die Hand in die Nähe (nicht an) des Bauteils hält.
Folglich wird die Umgebungstemperatur erhöht und dadurch die
Junctiontemperatur. Sprich, die 40K differenz - durch die 0.5W Leistung
- bleibt gleich, doch die Umgebungstemperatur steigt.
Die Frage ist.. Wo ist mein Denkfehler ;)
@ ich (Gast)
>Junctiontemperatur. Sprich, die 40K differenz - durch die 0.5W Leistung>- bleibt gleich, doch die Umgebungstemperatur steigt.
Nein. Die Umgebungstempratur bleibt gleich.
>Die Frage ist.. Wo ist mein Denkfehler ;)
Das der Wärmewiderstamd Junction Case nur verwednet wird, wenn man einen
zusätzlichen Kühlkörper nutzt. Siehe Artikel <-.
Man kann auch sagen:
Rth(j-a) = 80K/W
Rth(j-c) = 4K/W
=>
Rth(c-a) = 76 K/W
da Rth(j-a) = Rth(j-c) + Rth(c-a)
Angegeben werden aber die beiden interessanten Fälle zum Einen für den
Betrieb ohne Kühlkörper und zum Anderen für den Betrieb mit Kühlkörper.
ich schrieb:> Und dadurch wird die Umbegungstemperatur erhöht, was man auch> spürt, wenn man die Hand in die Nähe (nicht an) des Bauteils hält.> Folglich wird die Umgebungstemperatur erhöht und dadurch die> Junctiontemperatur.
Das ist in dem Rth berücksichtigt, zumindest für den Fall daß eine
normale Konvektion stattfinden kann. Die Umgebungstemperatur wird
(wahrscheinlich) irgendwo in einem gewissen Abstand gemessen.
Falk Brunner schrieb:> Das der Wärmewiderstamd Junction Case nur verwednet wird, wenn man einen> zusätzlichen Kühlkörper nutzt. Siehe Artikel <-.Udo Schmitt schrieb:> Angegeben werden aber die beiden interessanten Fälle zum Einen für den> Betrieb ohne Kühlkörper und zum Anderen für den Betrieb mit Kühlkörper.
Naja, für meine Überlegung ist es egal, ob mit oder ohne Kühlkörper,
solange passiv.
Wir sind uns ja einig, dass es einen Unterschied für die
Junction-Temperatur macht, ob es Grade 5°C im Winter, oder 40°C-45°C im
Sommer bei Sonneneinstrahlung sind (Solange das Bauteil in der Umgebung
ist). Und die Wärme, die erzeugt wird, muss ja abgestrahlt werden, was
ja auch so ist, man kann es schließlich mehr oder weniger intensiv
spüren ;)
Demnach ist es für mein Verständnis egal, wie die Umgebungstemperatur
ist und wie groß der thermische Widerstand, solange >0K/W ist. Auch ein
Kühlkörper kann warm werden und die Umgebung erwärmen.
Bei aktiver Belüftung bin ich dann aber denke ich raus, da ja quasi die
erwärmte Luft weggepustet wird und durch kältere, "neue" Luft
"ausgetauscht" wird.
Udo Schmitt schrieb:> Das ist in dem Rth berücksichtigt, zumindest für den Fall daß eine> normale Konvektion stattfinden kann. Die Umgebungstemperatur wird> (wahrscheinlich) irgendwo in einem gewissen Abstand gemessen.
Hm, das könnte sein. Doch das erklärt nach meiner (offensichtlich
irgendwie falschen) Theorie nicht, warum das Bauteil nicht immer Heißer
wird.
@ ich (Gast)
>Wir sind uns ja einig, dass es einen Unterschied für die>Junction-Temperatur macht, ob es Grade 5°C im Winter, oder 40°C-45°C im>Sommer bei Sonneneinstrahlung sind (Solange das Bauteil in der Umgebung>ist). Und die Wärme, die erzeugt wird, muss ja abgestrahlt werden,
abgegeben! Abstrahlung ist nur eine Form des Wärmetramsports. Das meiste
geschieht eher über Konvektion, sricht, die angrenzende Luft wird duch
Kotakt erwärmt und dann abtransportiert. Geschieht das natürlich, so
spricht man von natürlicher bzw. freier Konvektion. Sind Lüfter im
Spiel, nennt man es Zwangskonvektion.
>Demnach ist es für mein Verständnis egal, wie die Umgebungstemperatur>ist und wie groß der thermische Widerstand, solange >0K/W ist.
Egal ist es nicht, es beeinflußt die Temperaturdifferenz.
> Auch ein>Kühlkörper kann warm werden und die Umgebung erwärmen.
Das tut er auch ;-)
>Bei aktiver Belüftung bin ich dann aber denke ich raus, da ja quasi die>erwärmte Luft weggepustet wird und durch kältere, "neue" Luft>"ausgetauscht" wird.
Das Grundprinzip ist identisch, die (vereinfachte) Rechnung auch.
>> Das ist in dem Rth berücksichtigt, zumindest für den Fall daß eine>> normale Konvektion stattfinden kann. Die Umgebungstemperatur wird>> (wahrscheinlich) irgendwo in einem gewissen Abstand gemessen.
Sie wird dort gemessen, wo si noch nicht durch das Bauteil erwärmt
wurde, also am Lufteinlass, wo auch immer der liegt.
>Hm, das könnte sein. Doch das erklärt nach meiner (offensichtlich>irgendwie falschen) Theorie nicht, warum das Bauteil nicht immer Heißer>wird.
Warum sollte es? Es gibt je keinen Wärmespeicher bzw. Stau. Die Menge an
Wärme, die produziert wird, wird kontinuierlich in die Umgebung
abgeführt und sid dann "weg". Zumindest soweit weg, als dass die
Umgebungsluft immer konstante Temperatur hat. Man kann nicht mit einem
USB-Kaffeewärmer ein Fußballstadion heizen.
ich schrieb:> Hm, das könnte sein. Doch das erklärt nach meiner (offensichtlich> irgendwie falschen) Theorie nicht, warum das Bauteil nicht immer Heißer> wird.
Das Bauteil wird solange heisser, bis sich ein Gleichgewicht aus
zugeführter elektrischer Leistung und abgeführter thermischer Leistung
über Strahlung und Konvektion eingestellt hat.
Der Rth(j-a) = 80K/W gibt dafür ein Maß an.
Da schaukelt sich nix auf, denn je wärmer die Luft direkt am Bauteil
wird, desto größer die Konvektion.
Der Rth wird natürlich für gewisse festgelegte Umgebungswerte ermittelt
und änderst sich auch wenn sich diese Werte ändern.
Wenn du das Teil in Schaumstoff einpackst sieht das natürlich anders
aus.
Ich verstehe irgendwie dein Problem nicht ganz.
Grundsätzlich kann es natürlich vorkommen, dass ein Bauteil immer wärmer
wird, z.B. wenn frei Konvektion stark eingeschränkt ist ( kleines
Plastikgehäuse ohne Lüftungsschlitze ). Abgesehen davon, finde ich die
Erkläung von Udo Schmitt recht nachvollziehbar.
Bei Rth (j-a) sollte jedoch auch beachtet werden, dass ein Großteil der
Wärme über die Pins und die Platine abgeführt wird, abhängig vom Gehäuse
natürlich. Deshalb kann ein entsprechendes PCB-Design sich positiv oder
negativ auf diesen Wert auswirken.
Besserwisser schrieb:> Bei Rth (j-a) sollte jedoch auch beachtet werden, dass ein Großteil der> Wärme über die Pins und die Platine abgeführt wird, abhängig vom Gehäuse> natürlich. Deshalb kann ein entsprechendes PCB-Design sich positiv oder> negativ auf diesen Wert auswirken.
Guter Punkt. Im Datenblatt sollte es dazu dann aber Anmerkungen oder
zumindest eine Fussnote geben.
Udo Schmitt schrieb:> Im Datenblatt sollte es dazu dann aber Anmerkungen oder> zumindest eine Fussnote geben.
Das ist tatsächlich so. Bei besonders kritischen Bauteilen, wie z.B. bei
MOSFETs, wird das dann so oder so ähnlich beschrieben:
"Device mounted on a glass-epoxy board, FR-4, 25.4 x 25.4 x 0.8mm"
Dabei wird zum Teil auch ein Unterschied gemacht, ob die Kupferflächen
komplett ausgefüllt sind oder nicht. Der Unterschied ist signifikant.
Udo Schmitt schrieb:> Ich verstehe irgendwie dein Problem nicht ganz.
Mein Problem ist, dass ich weiß, dass es nicht so ist, wie ich sage, ich
aber nicht nachvollziehen kann warum ;)
Ich sehe als die Umgebungstemperatur halt die direkt anschließende
Luft-temperatur, z.B. in 1mm Abstand zum Gehäuse. Und die wird doch
wärmer^^
Es geht einfach nicht in meinen Kopf.
@ ich (Gast)
>Ich sehe als die Umgebungstemperatur halt die direkt anschließende>Luft-temperatur, z.B. in 1mm Abstand zum Gehäuse. Und die wird doch>wärmer^^
Sicher, aber sie wird auch sehr schnell ABGEFÜHRT, meisten allein, sie
steigt wie ein Heißluftballon nach oben. "Kalte" Luft strömt nach und
nimmt neue Wärme auf.
ich schrieb:> Ich sehe als die Umgebungstemperatur halt die direkt anschließende> Luft-temperatur, z.B. in 1mm Abstand zum Gehäuse. Und die wird doch> wärmer^^
Ist ja schön daß du das so siehst, aber bei der Messung der Rth(j-a)
wird nicht die Luft in 1mm Abstand als Referenz genommen sondern die
Umgebungstemperatur in einiger Entfernung (nein ich habe die
Messvorschrift nicht parat aber es gibt bestimmt einen Standard) vom
Bauteil.
Und da es genausowenig Luftkleber wie Siemens Lufthaken gibt, sind die
Luftmoleküle auch nicht festgeklebt sondern können sich bewegen, was zu
einer Konvektion führt die die Wärme abführt.
Zudem wird umso mehr Energie abgestrahlt, je wärmer ein Gegenstand ist.
D.h. bei konstanter Energiezufuhr, die in Wärme gewandelt wird, steigt
die Energie, die abgestrahlt wird (Frequenzschift der
Schwarzkörperstrahlung). Diese ist eine Funktion der Temperatur und
steig mit dieser, während die Energiezufuhr konstant bleibt.
Es muss also einen Punkt geben an dem genausoviel Energie zugeführt
wird, wie abgestrahlt.
Schon aus diesem Grunde ohne Konvektion (siehe z.B. Sateliten) wird es
zu keiner ewigen Temperaturzunahme kommen.
Achso. Also quasi, je wärmer die Luft um die Hitzequelle ist, desto
schneller wird sie ausgetauscht? Sodass es sich bei einem Punkt
eingependelt hat?
Udo Schmitt schrieb:> Siemens Lufthaken
Die gibt es nicht? Ich dachte die sind neben den 180° Winkeln, der
Wasserstrahlabknickzange, den Kurvenbohrern oder den Ersatzbläschen für
Wasserwaagen..
ich schrieb:> Achso. Also quasi, je wärmer die Luft um die Hitzequelle ist, desto> schneller wird sie ausgetauscht?
Je größer die Temperaturdifferenz, desto größer der Gewichts und damit
auch Druckunterschied der Luft, desto größer die Konvektion und desto
größer der Wärmetransport.
Das ganze ist selbst luftunabhängig so. Es wurd schon auf Sateliten
hingewiesen, die sich mehr oder weniger im Vakuum bewegen, wo naturgemäß
mit Konvektion nich viel zu holen ist.
Auch auf die Schwarzkörperstrahlung wurde schon hingewiesen.
Und dein Wärmewiderstand kannste ja auch von der anderen Seite her
aufzügeln. Also entweder wird das Bauteil soviel wärmer, wenn ich soviel
Leistung durchpumpe, oder aber das das Bauteil strahlt soundsoviel Wärme
ab, wenn ich so und soviel Leistung durchpumpe.
Und wenn du nun beispielsweise 1W durch dein Teil jagst, dann wird sich
die Temperatur solange erhöhen, bis sich eine Temperaturdifferenz
eingestellt hat, bei der die aufgenomme elektrische Leistung gleich der
abgestrahlten/konvektierten Wärmeleistung ist. Und wärmer wird dein
Bauteil dann nicht, weil es 1W zugeführt und 1W abgeführt bekommt.
Hättest du es gern wärmer, musst du einfach die zugeführte Leistung
erhöhen.
MfG Chaos
ich schrieb:> Ich sehe als die Umgebungstemperatur halt die direkt anschließende> Luft-temperatur, z.B. in 1mm Abstand zum Gehäuse. Und die wird doch> wärmer^^
Das Aufwärmen betrachtet man dazu gar nicht. Man guckt sich nur den
stationären Zustand an, d.h. wenn sich temperaturmäßig alles
eingependelt hat. Und dann sind alle Temperaturen - wie auch immer -
konstant und man kann über die zugeführte Leistung z.B. aus den
Differenztemperaturen die Wärmewiderstände bestimmen.
