Erwärmung PCB abschätzen

Annahme:

Dein geheimes Gehäuse hat 30 x 20 x 10 cm, dann hat deine Wirksame 
Oberfläche
ca. 2200 cm^2.

Der Wärmewiderstand Rth = 50 / sqrt(A)

Die Verlusstleistung sei 25 Watt.

Die Ewärmung ist dann ca. 25 Grad (Rth * 25 Watt), wenn du nur lange 
genug wartest...

Gruss,
Udo

Ah ja, das Tool nennt sich Taschenrechner, die ältere Generation nimmt 
auch
gerne Hirn dafür :-)

Hallo.

udok schrieb:
> Rth = 50
Und wo kommt die 50her?
Bist Du von einer Platine ausgegangen, die auf einem Stahlblech mit 
Wärmeleitkleber aufgeklebt wurde?

udok schrieb:
> Ah ja, das Tool nennt sich Taschenrechner, die ältere Generation
> nimmt auch gerne Hirn dafür :-)
Man kann natürlich immer wieder das selbe ausrechnen, oder man bastelt 
sich einmal ein Script oder nutzt ein Tool dazu.

Tobi schrieb:
> mit dem man über die entstehende
> Leistung auf einer PCB und der Größe, deren Wärme nach Zeit ausrechnen
> lassen kann?

Da fehlt was wesentliches - wird die Wärme nicht abgeführt steigt die 
Temperatur theoretisch ins unendliche. Man braucht den Wärmewiderstand 
zur Umgebung. Der kann schon sehr unterschiedlich sein je nachdem ob die 
Leiterplatte senkrecht oder waagrecht eingebaut ist.

Georg

Tobi schrieb:
>> Rth = 50
> Und wo kommt die 50her?
> Bist Du von einer Platine ausgegangen, die auf einem Stahlblech mit
> Wärmeleitkleber aufgeklebt wurde?

Das ist ein Erfahrungswert für Alu Kühlkörper.  Letztendlich muss
die gesamte Wärmeenergie ja über die Oberfläche an die Luft abgegeben 
werden.  Strahlung spielt da keine grosse Rolle.

Also wenn du eine 10 x 10 cm PCB hast, die einen Alu Kern oder zumindest
viel Kupfer hat, dann hast du nach der Formel ca. Rth=3.5,
und kannst nach der ca. 10 Watt verbraten,
sodass die PCB Temperatur bei 50 Grad Umgebung unter 85 Grad bleibt.
In der Praxis wegen der schlechteren Leitfähigkeit und "Hotspots" eher < 
3 Watt.

Hallo Georg.

Das stimmt, mir geht es eher um eine Schätzung.
Wenn meine PCB z.B. 80x30mm ist und in einem Kunststoff-Gehäuse ohne 
direkten Kontakt horizontal liegt.
Was würden z.B. 3W in der Temperaturerhöhung aus machen.

Nur ganz grob, wie gesagt.

Tobi schrieb:
> Nur ganz grob, wie gesagt.

Wie gesagt, dass hängt von dem Gehäuse ab, weil die 3W über das Gehäuse 
an die Umgebungsluft abgegeben werden müssen.

Ein Kunstoffgehäuse, welches die Platine gerade so einhüllt ohne mit ihr 
Kontakt zu haben.
Also so ca. 100cm².

Tobi schrieb:
> Ein Kunstoffgehäuse, welches die Platine gerade so einhüllt ohne mit ihr
> Kontakt zu haben.
> Also so ca. 100cm².

Entweder du findest irgendwo Daten zu dem Gehäuse, die auch Angaben zur 
Wärmeleitung enthalten (nicht sehr wahrscheinlich), oder du baust einen 
Widerstand zum Heizen ein und einen Temperatursensor und misst selbst 
den Temperaturverlauf.

Die Temperaturverteilung innerhalb des Gehäuses ist dann noch eine ganz 
andere und sehr komplexe Frage. Letztlich entscheidend ist meistens die 
Junctiontemperatur eingesetzter Halbleiter. Aber natürlich darf die 
zulässige Temperatur bei keinem einzigen Bauteil überschritten werden.

Georg

udok schrieb:
> Tobi schrieb:
>>> Rth = 50
>> Und wo kommt die 50her?
>> Bist Du von einer Platine ausgegangen, die auf einem Stahlblech mit
>> Wärmeleitkleber aufgeklebt wurde?
>
> Das ist ein Erfahrungswert für Alu Kühlkörper.

Für Kühlkörper gibt es gewöhnlich Datenblätter, da steht das ganz genau.

Und dann gibt es noch so lustige Dinge wie 
Materialübergangskoeffizienten. Alu-Luft ist bei gleicher Fläche anders 
als Plastik-Luft.
Und der Alukühlkörper verteilt die Wärme intern auch deutlich anders als 
ein Plastikgehäuse mit viel Luft und etwas Platine drin.

@Tobi:
Ich denke, mit einfach mal ausprobieren kommst du da schneller weiter, 
solche thermischen Simulationen sind entweder sehr aufwändig oder 
unbrauchbar.

Tobi schrieb:
> Gibt es nicht irgendwo ein schönes Tool

Schön schon, aber billig sicher nicht. Lass dir ein Abgebot von Adam TRM 
machen, IBM hat sowas auch im Angebot.

Ausserdem braucht man verdammt viele Daten, z.B. muss ja die 
Verlustleistung jedes Bauteils bekannt sein, und bei µControllern hängt 
die auch noch wesentlich von der Software ab. usw. usw.

Georg

Tobi schrieb:
> Ich tuhe mich ab und an schwer damit das so über den Daumen
> abzuschätzen...

Tuht Tuht.

Ich sag mal 0.2 Watt pro Quadratzentimeter, also 1 Watt für 5cm2 und 5W 
für 5x5cm2

Beim Gehause stelle ich mir eine Glühlampe darin vor, und ob ich dann 
das Gehause noch anfassen mag. 1 Watt geht immer, 5 Watt ist warm bei 
Handgehäusen, 25W bei grösseren Plastikgehäusen (Euromas), ein 
Rackgehause aus Alu verkraftet auch 100W ohne forcierte Kühlung.

Man kann rechnen und simulieren, kommt aber meist nur eine 
Wettervorhersage bei raus.

Professionellerweise wird aufgebaut und dann mit der Thermographiekamera 
nachgeguckt, vor allem wenn man Maximaltemperaturen ausreizen will.

Georg schrieb:
> Letztlich entscheidend ist meistens die Junctiontemperatur
> eingesetzter Halbleiter.

Die Lebensdauer von Elkos ist mindestens genauso ein Thema, auch wenn 
sich dort hohe Temperaturen erst langfristig auf die Gerätefunktion 
auswirken.

Mike J. schrieb:
> Du hast da wirklich etwas womit du so etwas gut simulieren kannst, denn
> mit Stift und Papier kannst du den Wärmefluss über Vias und der
> Kupferfläche unmöglich berechnen.

Der Wärmefluss über Vias ist der einfache Teil. Spannend wird es, wie 
die Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann, d.h. Konvektion am 
Board und im Gehäuse.