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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 7805 / Kühlkörper


Autor: angstellter (Gast)
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Ich habe eine Schaltung mit 7805 durchgemessen:

U(in) = 7,4V
U(a) = 5V

I = 150mA

sind

P=0,36W

Das Gehäuse wird "deutlich" warm, und es sind wahrscheinlich etwa 50°C.

Der Wärmewiderstand Junction-Gehäuse ist mit 5K/W angegeben, sodass die 
Junction um den Betrag

dT = 0,36*5 = 1,8°C höher liegt als das Gehäuse, und somit auch etwa auf 
50°.

Ich gehe davon aus, dass man hier noch keinen Kühlkörper braucht - oder 
?

Ab welcher Junction Temperatur braucht man einen ?
T(J) hat ein Rating von max 150°C.

Gibt es hier eine Fausregel?

Autor: Colaglas (Gast)
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>Ich gehe davon aus, dass man hier noch keinen Kühlkörper braucht - oder
>?

Korrekt.

Autor: Andreas K. (a-k)
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angstellter wrote:

> Gibt es hier eine Fausregel?

Wo du das Datasheet schon gefunden hast: Da steht meist auch ein Wert 
für den Wärmewiderstand zwischen Gehäuse und Umgebung/Luft drin, also 
ohne Kühlkörper. Den Rest kannst du ausrechnen.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Wenn du eine Faustregel haben willst:
Wenn du länger als ein paar Sekunden den Finger dran halten kannst, 
brauchst du noch keinen Kühlkörper.

Die Werte die im Datenblatt stehen sind die absoluten Maximalwerte. Von 
denen sollte man einen deutlichen Abstand halten, wenn das Bauteil lange 
leben soll.

Autor: 80 Grad ist gar kein Problem. (Gast)
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80 Grad ist gar kein Problem.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ angstellter (Gast)

>Ich habe eine Schaltung mit 7805 durchgemessen:

>U(in) = 7,4V
>U(a) = 5V

Das ist etwas knapp. Dem guten alten 7805 sollte man schon wenigstens 8V 
Eingangsspannung gönnen.

>P=0,36W

Ja.

>Das Gehäuse wird "deutlich" warm, und es sind wahrscheinlich etwa 50°C.

Welches Gehäuse? TO220?

>Der Wärmewiderstand Junction-Gehäuse ist mit 5K/W angegeben, sodass die
>Junction um den Betrag

>dT = 0,36*5 = 1,8°C höher liegt als das Gehäuse, und somit auch etwa auf
>50°.

Irrtum. Ohne Kühlkörper braucht du den Widerstand Junction-Ambie_nt. Der 
liegt bei TO220 bei 50..65K/W. D.h. deine Sperrschicht ist ca. 
0,36*65=23,4K wärmer als die Umgebung. Als die Umgebung! Nicht das 
Gehäuse!

>Ich gehe davon aus, dass man hier noch keinen Kühlkörper braucht - oder
>?

TO220 kann man bis etwa 1W ohne Kühlkörper betreiben. Dann ist die 
Sperrschicht 65K wärmer als die Umgebung, macht bei 35C im Sommer 100C 
im Chip.

>Ab welcher Junction Temperatur braucht man einen ?
>T(J) hat ein Rating von max 150°C.

Naja, die grenze sollte man nicht ausreizen. Ich würde max. bis 120C 
gehen wollen.

>Gibt es hier eine Fausregel?

AFAIK nein.

MFG
Falk

Autor: Andreas K. (a-k)
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Falk Brunner wrote:

>>T(J) hat ein Rating von max 150°C.
>
> Naja, die grenze sollte man nicht ausreizen. Ich würde max. bis 120C
> gehen wollen.

Wobei ebendies hart an der Grenze ist, denn die liegt üblicherweise 
nicht bei 150°C sondern bei 125°C (150:storage).

Autor: Tim (Gast)
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n'abend,

deine Rechnung ist mir nicht ganz klar. Der Rth junction-case mag ja 
5K/W sein, aber das hilft dir nur was wenn du auch nen Kuehlkoerper 
hast. Da das ohne laeuft musst du nen Rth junction-umgebung nehmen. Der 
liegt z.B. bei nem Leistings-MOSFET im TO220 so bei etwa 62 K/W.

Wenn du eine Kuehlkoerper verwendest, musst du den Rth junction-case und 
den Rth vom Kuehlkoerper zusammenrechnen.

Gruesse, Tim

Autor: Tim (Gast)
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man, ich bin einfach zu langsam...

Autor: angstellter (Gast)
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@falk

jetzt bin ich mir unsicher:

wenn ich die Temperatur des Gehäuses gegeben habe (sagen wir mal 
gemessen 50°) dann ist doch die Junction Temperatur

TJ = TG + P * R

Oder ?

Klar, wenn ich wissen will, wie hoch P maximal sein darf, dann nehme ich 
R(ges).


Im datenblatt steht R(ges) = 65 K/W

also ist R(G-L) = 65-5 = 60K/W.

Das ergibt eine theoretische Gehäusetemperatur von

TG = TU + 60*0.36 = 25+21 = 46°C

Würde ja gut passen, zu meiner Schätzung...

Vielen Dank für alle Tips.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ angstellter (Gast)

>jetzt bin ich mir unsicher:

Hmm.

>wenn ich die Temperatur des Gehäuses gegeben habe (sagen wir mal
>gemessen 50°) dann ist doch die Junction Temperatur

>TJ = TG + P * R

>Oder ?

Nein. Das kann man leider nicht so einfach rechnen.

>Klar, wenn ich wissen will, wie hoch P maximal sein darf, dann nehme ich
>R(ges).

>Im datenblatt steht R(ges) = 65 K/W

Genau. Und er ist gemessen worden ohne Kühlkörper bei konstanter 
Umgebungstemperatur.

>also ist R(G-L) = 65-5 = 60K/W.

>Das ergibt eine theoretische Gehäusetemperatur von

>TG = TU + 60*0.36 = 25+21 = 46°C

Nein, das ist die Chip/Sperrschichttemperatur im INNEREN! Das Gehäuse 
liegt irgendwo dazwischen. Das Problem ist schwieriger als es aussieht.

Die Luft hat beispielsweise 25 C. Der IC im Inneren 100 C. Wie heiss ist 
dann das Gehäuse? Es berührt ja die Luft direkt, muss also die gleiche 
Temperatur haben. Hat es aber nicht. Und 100C sind es auch nicht.
Rechne einfach


Das ist der offizielle Weg. Die Gehäusetemperatur kommt dort nicht vor.

MfG
Falk

Autor: angstellter (Gast)
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ich dachte immer, dass hier eine in erster Näherung eine Analogie zu 
ohmschen Widerständen besteht.

Und ich dachte, der gesamte Widerstand Sperrschicht-Luft setzt sich 
zusammen aus Sperrschicht-Gehäuse + Gehäuse-Luft:

R(J,L) = R(J, G) + R(G,L)

also stimmt das nun nicht ?????

Wenn R(J,L) 65K/W ist
und R(J,J) = 5 K/W,

so ist

R(G,L) = 65 - 5 = 60 K/W.

So bin ich auf die Gehäusetemperatur gekommen.
Wieso kann man es so nicht machen ?

Autor: wozu (Gast)
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einen kk würde ich erst verbauen wenn sich das teil selbst auslötet XD

Autor: 80 Grad ist gar kein Problem. (Gast)
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Falk höre doch auf. Es wurde doch schon alles gesagt, warum gibst du 
wieder dein Senf dazu?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ angstellter (Gast)

>ich dachte immer, dass hier eine in erster Näherung eine Analogie zu
>ohmschen Widerständen besteht.

Das ist auch so. Nur ist die Messstelle Gehäuse thermisch schwierig zu 
erfassen.

>Und ich dachte, der gesamte Widerstand Sperrschicht-Luft setzt sich
>zusammen aus Sperrschicht-Gehäuse + Gehäuse-Luft:

Nein, weil Gehäuse-Luft schwierig messbar ist und in den Datenblätter 
nicht angegeben ist.

>R(J,L) = R(J, G) + R(G,L)

>also stimmt das nun nicht ?????

Doch, wird praktisch aber so nicht gemacht.

>Wieso kann man es so nicht machen ?

Weil das messtechnisch problematisch ist und praktisch nur bedingt 
relevant.

@ 80 Grad ist gar kein Problem. (Gast)

>Falk höre doch auf. Es wurde doch schon alles gesagt, warum gibst du
>wieder dein Senf dazu?

Weil ich gefragt wurde?

MfG
Falk

Autor: HildeK (Gast)
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>>Der Wärmewiderstand Junction-Gehäuse ist mit 5K/W angegeben, sodass die
>>Junction um den Betrag

>>dT = 0,36*5 = 1,8°C höher liegt als das Gehäuse, und somit auch etwa auf
>>50°.

>Irrtum.

In dem Fall ist das kein Irrtum. Das Gehäuse liegt in dem Fall schon um 
1,8° höher als die Sperrschicht.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ HildeK (Gast)

>>>Der Wärmewiderstand Junction-Gehäuse ist mit 5K/W angegeben, sodass die
>>>Junction um den Betrag

>>>dT = 0,36*5 = 1,8°C höher liegt als das Gehäuse, und somit auch etwa auf
>>>50°.

>>Irrtum.

>In dem Fall ist das kein Irrtum. Das Gehäuse liegt in dem Fall schon um
>1,8° höher als die Sperrschicht.

Nein. Der Wärmewiderstand Junction-Case ist allein nicht direkt 
anwendbar. Und wo misst du die Gehäusetemperatur? An der metallischen 
Fläche? In der Mitte? Eher am Rand?

MfG
Falk

Autor: HildeK (Gast)
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@Falk Brunner
>Nein. Der Wärmewiderstand Junction-Case ist allein nicht direkt
>anwendbar. Und wo misst du die Gehäusetemperatur? An der metallischen
>Fläche? In der Mitte? Eher am Rand?

IMHO schon. Wenn ich weiss, welche Temperatur mein Gehäuse hat, dann 
rechne ich damit auf die Sperrschichttemp zurück. Es kommt dabei ja 
nicht auf ein einzelnes Grad an. Lass mal die kleinen Differenzen an den 
unterschiedlichen Stellen des Gehäuses weg - im Zweifel muss ich in der 
Mitte messen, da wo der Chip sitzt! Das tut der Hersteller auch, sonst 
wären seine Datenblattwerte noch schlechter.

'angestellter' hat ja die 50° Gehäusetemperatur geschätzt und daraus 
geschlossen, dass seine Sperrschichttemperatur auch etwa da sein muss. 
Und damit ist er im grünen Bereich - diese Bestätigung wollte er haben 
und er hat richtig betrachtet und gerechnet.

Die J-C-Angabe ist meiner Ansicht nach wertvoller als J-A, denn da muss 
ich für ruhend Luft sorgen. Schon wenig Luftströmung verbessert den 
Wärmeübergang zur Luft drastisch. Manchmal ist der J-A ja auch bei 
bestimmter Strömungsgeschwindigkeit angegeben - und wie messe ich die 
sinnvoll?

Übrigens:
>>In dem Fall ist das kein Irrtum. Das Gehäuse liegt in dem Fall schon um
>>1,8° höher als die Sperrschicht.
        ^^^  musste natürlich heissen ...' niedriger als die' .... 
Sorry.

Autor: angstellter (Gast)
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danke für die zahlreichen antworten.
ich wollte keine nutzlose diskussion lostreten, habe aber durch falks 
aussagen an meinen grundfsten gerüttelt gefühlt, weshalb ich nochmals 
nachfragte.

fazit: alles klar, danke!

Autor: Dieter Stotz (Gast)
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@HildeK:

Ja, ich kann Dir da in allen Ausführungen zustimmen. Denn im Grunde ist 
ja die Annahme, die Hochrechnung von der Außentemperatur sei genauer, 
sehr wackliger. Denn wo messe ich die Außentemperatur, 5 cm neben dem 
Chip oder 1 m? Und in welcher Lage ist der Chip eingebaut, wie sieht es 
mit der Luftzirkulation aus? Das alles ist viel entscheidender als 
geringfügige Temperaturgradienten entlang der Oberfläche des Chips. 
Diese sind wirklich gering, denn die Wärmeleitfähigkeit ist 
verhältnismäßig groß. Das gilt allerdings nur, wenn man die Temperatur 
am Metall des Chips misst.

Gruß

Dieter

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