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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kühlkörperberechnung


Autor: Nils (Gast)
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Hallo Forum-User,

Ich hab da ein Problem. Und zwar geht es darum, dass ich für eine 
H-Brücke mit bipolartransistoren eine entsprechende Kühlung 
dimensionieren muss. Ich werde aber aus dem Datenblatt nicht so richtig 
schlau. Es sind keine Angaben für den Wärmewiderstand gegeben und ich 
kann auch nicht so richtig auf die Verlustleistung schliessen.

Also die verwedeten Transistoren sind TIP41 und TIP42 mit 6A stromspitze 
und max. 80 V.

Datenblatt hier:
http://www.fairchildsemi.com/ds/TI%2FTIP41C.pdf
http://www.fairchildsemi.com/ds/TI%2FTIP42C.pdf

Vielleicht könnt ihr mir ja nen Ansatz geben, wie ich das anstelle.
Es soll ein 6V/5A DC motor damit versorgt werden.

Hoffe ihr könnt mir helfen.

Gruss Nils

Autor: 1324 (Gast)
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Wenn nun im schlechtetsten Fall 30W verbraten werden sollen, dann 
empfiehlt sich ein lueftergekuehlter Aluklotz, wie er zu PC verkauft 
wird. Ohne Luefter, passiv, ist 30W schon eine ganze Menge.

Autor: Nils (Gast)
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Es ist also keinem Bekannt, ob es einen Wert Rthj-case für diesen 
Transistor gibt? Einen CPU-Kühler wollt ich wenn möglich umgehen, da ich 
unbedingt an Gewicht im System sparen muss.

Gruss Nils

Autor: Dennis (Gast)
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Den Wert von Rth junction-case kann man so ungefähr am Power Derating 
Diagramm ablesen. Sind etwa 1,8 K/W.

Autor: wiesi (Gast)
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http://www.datasheetcatalog.net/de/datasheets_pdf/...

Öffne das Datenblatt von Power Innovations. Die Datenblätter mancher 
Hersteller sind ausführlicher, als die von anderen.
(Natürlich ist dann theoretisch nicht garantiert, dass das auch für das
andere Fabrikat gilt, aber normalerweise sollten sie kompatibel sein.)

So wie Dennis das vorschlägt, gehts natürlich auch.

  wiesi

Autor: Nils (Gast)
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VIELEN DANK.

Hätt ich vielleicht gleich mal die anderen datasheets durchgehen sollen.
Super super.

Gruß nils

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Seltsam, dass diese Angabe fehlt... aus den Daten:
Tj(max) = 150°C
Pc(max) = 65W @ Tc = 25°C
RthJC = (150°C - 25°C) / 65W = 1,92K/W

Edit: Für einen 5A-Motor ist der Transistor zu knapp, der Motor wird ja 
auch sicherlich mal mehr als 5A ziehen...
Ausserdem, bei 6V-Motor fällt die Uce bei der Verlustleistung stark ins 
Gewicht, warum keine MOSFETs?

Autor: Nils (Gast)
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Hab die Schaltung fertig gekauft, da mir schon ein paar mosfets 
durchgebraten sind. Lag im endeffekt an meinen Nerven. ;)
Der Motor wird übrigens über PWM angesteuert, somit sind 10A Peak 
möglich. Achja, 5A ist übrigens maximaler Strom beim Motor.

Mal ne kleine Frage, dass müsste doch so passen oder?

P=U∙I=6V∙5A=30W

Sicherheitswert für TJ :

T_j=T_j-25K=150°C-25°C=125°C

Berechnung des gesamten Wärmewiderstandes:


R_G=(T_j-T_U)/P=(125°C-40°C)/(30 W)=2,83 (°C)/W=2,83 K/W


Berechnung des therm. Widerstandes des Kühlkörpers:


R_G  = R_thG+ R_thÜ+R_thK


R_thK=R_G  - R_thÜ- R_thG=2,83 K/W-0,35 K/W-1,92 K/W=0,563 K/W

Autor: Nils (Gast)
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Sollte zu lesen sein oder?

Autor: 1337 (Gast)
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Du solltest zuerst mal wissen, wieviel Leistung denn zu verbraten ist. 
Bei PWM Ansteuerung faellt relativ wenig Waerme an.

Autor: Nils (Gast)
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Kannst du mir auch sagen, wie ich das mache? Ich würde jetzt mal denken, 
das ich das über die PWM-Signalweite dann noch betimmen muss. Ist das 
richtig? ICh bin noch ein Neuling auf diesem Gebiet. Komme eigentlich 
aus dem Maschinenbau. Ich hab die Brücke noch nicht mit dem Motor laufen 
lassen, da ich sie nicht unnötig zerstören möchte. Wäre dir dankbar, 
wenn du mir kurz erläuterst was du genau meinst mit der zu verbratenen 
Leistung.


Gruss Nils

Autor: Ösi (Gast)
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Verlustleistungsberechnung (gute Näherung)

Für Bipolartransistoren :

Pv = Ucesat (aus dem Datenblatt) * maximaler Motorstrom

in deinem Fall bei Ucesat von 1,5 V * 5 A ergibt 7,5 W Verlustleistung.



Für Mosfet :

Pv = RDSon x Imax^2

Beispiel : BUZ 11 : RDSon 0,04 Ohm ergibt 1 W Verlustleistung


Gerechnet für eine Einschaltzeit von 100 % (maximalwert), bei 
niedrigeren Drehzahlen sinkt somit die Verlustleistung....


Für PWM Motorsteuerungen bei niedrigen Spannungen / hohen Strömen
sind Mosfet mit niedrigem RDSon auf jeden Fall empfehlenswerter als 
Bipolartransistoren da du die unter Umständen die Kühlkörper komplett 
sparen kannst.


mfg

Autor: Nils (Gast)
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Primär gehts im Moment darum, de Steuerung meines Systems zum laufen zu 
kriegen. Hab hier auch schon ein paar H-Brückenschaltungen mit Mosfets. 
Allerdings ist da irgendwas nicht ganz koscher. Damit wollt ich mich 
genauer beschäftigen, wenn alles läuft.

Erstmal danke für die Hilfe Ösi.
Kann ich mit dem Wert als Verlustleistung die Rechnung dann genau so 
anstellen wie oben?
Ein R_thK von 0,56 K/W bedeutet anscheinend eine riesigen Kühlkörper.
Ich will euch ja net nerven, aber gibt es nicht irgendwo ein tolles 
Beispiel, wie man sowas genau bestimmen kann, auch im Bezug auf PWM?

Gruss Nils

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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In grober Näherung einfach die Max. Verlustleistung mit dem 
PWM-Taktverhältnis multiplizieren.
Ansonsten kannst du die Schaltung auch einfach Simulieren (z.B. mit 
Switchercad/LTspice), und dann die Verlustleistung ablesen.
Ist grad bei PWM-MOSFET-Endstufen interressant, weil dort die meiste 
Verlustleistung während des Ein/Ausschaltens anfällt, und nicht während 
der ON-Zeit.

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