Wärmeableitung beim Halbleiter, Kühlkörper

Als erstes benötigst du die Verlustleistung. Also P = I*I*R ggf. plus 
Schaltverluste. Deine 2W-Rechung besagt, dass es bis 2W ohne KK geht.

Rja entfällt bei Einsatz von KK. Wird ersetzt durch Rjc plus Übergang 
zwischen Case und KK plus Wärmewiderstand vom KK.

Rjc steckt in Rja bereits drin. Ohne KK ist also ein Wärmewiderstand von 
62°C/W zu berücksichtigen.

Ich verstehe aber derzeit nicht ganz, wie Du auf den Wert für die 
Verlustleistung kommst.

Was sind das für Zahlen auf der linken Seite (v.a. die 175 würden mich 
interessieren...)? Und eine Berechnung, die ausschließlich 
dimensionslose Zahlen enthält, kann niemals Watt als Ergebnis haben!

Ach ja, und wenn Du tatsächlich eine Verlustleistung von 2 W hast, dann 
bedeutet das bei einem Rja von 62°C/W, dass der Chip bereits um 124 °C 
wärmer wird...

Du kannst mir nicht erzählen, dass Du gleichzeitig 17 V und 86 A am 
MOSFET hast. Normalerweise gilt:

MOSFET leitet -> Betriebsstrom fließt,

$$P = I^2 \cdot R_{DSon}$$

Und der R_DSon steht auch im Datenblatt.

Wenn der MOSFET sperrt, dann liegt an der Drain-Source-Strecke zwar die 
Spannung an (in Deinem Fall 17 V), aber es fließt kein nennenswerter 
Strom. Also ist die Verlustleistung

$$P = U \cdot I = 17 V \cdot 0 A = 0 W$$

Wenn Du für R_DSon ca. 5-10 mOhm annimmst (was in dem Bereich 
größenordnungsmäüßig realistisch ist), dann gibts im aufgesteuerten 
Zustand

$$P = 86^2 A^2 \cdot 10 m\Omega = 73,96 W$$

Verlustleistung (worst case, wenn's ein entsprechend dimensionierter 
MOSFET ist, der auch vernünftig angesteuert wird). Ich habe allerdings 
im Netz nichts zum IRL1337 gefunden (Tippfehler vielleicht). Deshalb 
kann ich nicht im Datenblatt nachsehen. Und Deine tatsächliche Schaltung 
kenne ich auch nicht, deshalb weiß ich natürlich nicht, was Du da 
wirklich fabrzierst. Fest steht: Bei knapp 75W Verlustleistung wirst Du 
auch im Kurzzeitbetrieb bei 1 s nicht ohne KK hinkommen (und: was 
passiert nach dieser Sekunde?)...

+- wrote:
> Danke für die Aufklärung. Sorry, tatsächlich ein Tippfehler. Der Mosfet
> heißt IRL3713 und hat Rdson ca. 3mOhm-5mOhm.
Aha! Das klingt schon besser...

> Das heißt:
> Verlustleistung = IxIxRdson = 86Ax86A*0,005Ohm = 36,98W
Richtig, das wäre für den stationären Fall bei Vollaussteuerung. Ich geh 
mal davon aus, dass Du ausreichend schnell schaltest, so dass zumindest 
keine großartigen Schaltverluste entstehen.

> OK, wie rechne ich jetzt weiter?
Naja, Du hast nen Wärmewiderstand Rjc gegeben, eine Maximaltemperatur 
des Chips (steht auch im Datenblatt) und Deine 
worst-case-Verlustleistung.

$$\Delta\theta_{max} = \theta_{J, max} - \theta_A = \left( R_{th,max} + R_{th,JC} \right) \cdot P_{D,max}$$

Wenn also der Chip max. 175 °C warm werden darf, dann kommt für den 
maximalen Wärmewiderstand des Kühlkörpers

$$R_{th, max} = \frac{\theta_{J, max}-\theta_A}{P_{D, max}}-R_{th,JC}$$

heraus, in Zahlen

$$R_{th, max} = \frac{175^\circ C-50^\circ C}{37 W}-0,45 \frac{^\circ C}{W} = 2,93 \frac{^\circ C}{W}$$

Ein KK mit 2,5 K/W sollte also dicke reichen.

Alle Angaben wie immer ohne Gew(a)ehr.

Und auch dran denken: Mit Wärmewiderständen, Temperaturen und Leistungen 
kann man rechnen wie mit elektrischen Widerständen, Spannungen und 
Strömen.  "Ohmsches Gesetz" für Wärmewiderstände:

$$\Delta\theta = R_{th} \cdot P$$

mit

$$\Delta\theta$$

 als Temperaturdifferenz (Temperatur innen - Temperatur außen) und

$$R_{th}$$

 als Wärmewiderstand