Was ist Thermal Resistance, Junction-to-Case?

Junction to Case bezeichnet den thermischen Widerstand zwischen Chip und 
Package.

Junction to Air den thermischen Widerstand zwischen Chip und Luft. Das 
ist das, mit dem du rechnen solltest. Bei so großen Unterschieden gehe 
ich davon aus, dass das LDO in einem Plastik-Package ist und das wird 
nur schwer mit einem Kühlkörper besser zu kühlen sein, weil der 
thermische Widerstand von Junction to Air weiterhin das Maß ist. Nehme 
eher ein anderes Gehäuse falls möglich oder versuche die Leistung auf 
mehrer LDOs aufzuteilen.

Nachtrag: Schau mal im Datenblatt nach, wie diese thermischen 
Widerstände gemessen wurden. Kann auch sein, dass ich mich etwas vertan 
habe und hier Junction to Case der Wert ist, der dich interessiert, wenn 
du einen Kühlkörper aufschrauben willst und Junction to Air den 
thermischen Widerstand bezeichnet, wenn du keine weiteren Kühlmaßnahmen 
triffst.

Udo S. schrieb:
> Bessere Beschreibung -> bessere Lösungsideen hier im Forum

Na dann:

Ich will einen Eingangspannungsbereich von 15..24V abdecken, besser noch 
12..24V (muss aber nicht unbedingt sein). Damit möchte ich (über einen 
Optokoppler) bis zu 8 Relais des Typs RZ031C4D0XX schalten. Diese gibt 
es für 12V (RZ031C4D012) und 24V (RZ031C4D024). Prizipiell auch für 15V 
und 18V, aber die sind offenbar so exotisch, dass sie nicht zu bekommen 
sind.

Laut Datenblatt verkraftet die Spule bis 48V: 
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C300/RZ031C4D012_DB_EN.pdf 
, "Coil voltage range"

Allerdings könnte ich mir vorstellen, dass das 12V-Relais ziemlich heiß 
wird, wenn es mit 24V betrieben wird. Deswegen die Idee, die 
Schaltspannung auf 12V zu begrenzen.

Floro schrieb:

> ich möchte über einen LDO knapp 4 W abführen.

Okay.


> Das Datenblatt liefert mir jetzt einen Wert "Thermal
> Resistance, Junction-to-Case" von 5°C/W

Das ist der sog. "innere Wärmewiderstand", also der vom
Chip zum Gehäuse.


> und einen "Thermal Resistance, Junction-to-Air" von
> 70°C/W.

Das ist der Gesamtwärmewiderstand ohne Kühlkörper, also
vom Chip zur Umgebung. Der "äußere Wärmewiderstand",
also vom Gehäuse (ohne Kühlkörper) zur Umgebung, wäre
somit 65K/W.


> Im Fall von "Thermal Resistance, Junction-to-Case"
> läge die Temperaturerhöhung bei 20°C,

Nicht "läge", sondern "liegt". Da die Wärme immer
durch des Gehäuse durch muss, ist der Chip bei 4W
Verlustleistung immer um diesen Betrag wärmer als
das Gehäuse außen -- egal, wie groß der Kühlkörper
ist.


> ansonsten bei (unmöglich machbaren) 280°C.

Hm...


> [...] und wie ermittle ich, ob ich einen Kühlkörper
> benötige?

Hast Du doch schon: Außentemperatur von 280°C ist
zuviel -- also brauchst Du einen Kühlkörper. Der
verringert den äußeren Wärmewiderstand. Wenn der
Kühlkörper z.B. mit 10K/W angegeben ist, wird der
Gesamtwärmewiderstand 15K/W; dann ist bei 25°C
Außentemperatur der Chip 85°C heiß und das Gehäuse
an der Verschraubung 65°C.
In Wahrheit kommt noch ein kleiner Aufschlag für den
Übergang vom Gehäuse auf den Kühlkörper dazu.

HTH

Für solche variablen Spannungsbereiche und damit verbundenen 
Verlustleistungen nimmt man normalerweise eher Schaltregler da die 
Verlustleistung, die im LDO verbraten wird einfach zu groß ist um das 
vernünftig zu kühlen ohne viel Platz für Kühlkörper oder ähnliches zu 
nutzen. Zudem verringert sich die Lebensdauer deines Bauteils durch die 
höheren Temperaturen.

Servus,

Junction case gibt an, um wieviel K bzw. °C der Die (der Chip im 
inneren) wärmer als die Bauteiloberflächentemperatur bei 1W im inneren 
verbratener Leistung wird.

Meist kann man die Oberflächentemperatur eines Bauteils ganz gut 
bestimmen (messen). Die Verlustleistung kann man auch 
bestimmen/abschätzen. Beim LDO in etwa: (Eingansspannung - 
Ausgangsspannung) * Strom.
Damit hat man eine Hausnummer, wie heiß der Chip im Inneren wird.

Junction to ambient  versucht noch den Übergang auf die Umgebungsluft 
mit einzubeziehen. Da aber der Hersteller die Einbausituation nicht 
kennt, muß er raten (aktive Kühlung, wieviel Kupferfläche etc.). Diese 
Werte sind dann oft "Marketing-optimiert".

Fazit: Verlustleistung abschätzen + Oberflächentemperatur bestimmen ==> 
Chip-Temperatur abschätzen

Gruß

Robert

Floro schrieb:
> Laut Datenblatt verkraftet die Spule bis 48V:
> https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C300/RZ031C4D012_DB_EN.pdf
> , "Coil voltage range"

Nein.
Du kannst acht verschiedene Versionen kaufen, die jeweils für 3V, 5V ... 
24V, 48V ausgelegt sind.
Das heißt noch lange nicht, dass ein 12V-Relais auch mit 24V oder 48V 
betrieben werden kann/darf!

Abgesehen davon: wenn du keinen passenden Regler findest: pro Relais 
sind es bei 24V 400mW Verlustleistung. Dann einfach für zwei oder vier 
Relais jeweils einen Regler verwenden ...