Nabend,
bei der Berechnung bzw. größenabschätzung von Kühlkörpern ist mir aufgefallen, das ich den übergangswiderstand zwischen Gehäuse und Kühlkörper vernachlässigt habe, was ja vollkommen falsh ist.
Mit welchen Faustformeln/Werten kann man diesen Widerstand ansetzen, bei Luftspallt, bzw Leitpaste.
Momentan intrssoert mich das für einen Baustein im TO220 Gehäuse, würde mich aber auch über weitere werte oder berechnungsmöglichkeiten freuen.
Danke.
Hallo,
bei der Berechnung bzw. Größenabschätzung von Kühlkörpern ist
mir aufgefallen, das ich den Übergangswiderstand zwischen
Gehäuse und Kühlkörper vernachlässigt habe, was ja vollkommen
falsch ist.
Kommt drauf an, wie groß die Wärmemenge im Gehäuse ist und wie
groß das Gehäuse ist und ob es belüftet ist usw.
Mit welchen Faustformeln/Werten kann man diesen Widerstand
ansetzen, bei Luftspalt, bzw Leitpaste.
Versteh ist nicht? Was hat Leitpaste mit Luft zu tun?
Momentan interessiert mich das für einen Baustein im TO220
Gehäuse, würde mich aber auch über weitere Werte oder
Berechnungsmöglichkeiten freuen.
Es gibt eine Faustformel für die Abschätzung von Kühlkörpern
für Transistoren und einzelne Halbleiter (rein passive Kühlung).
1dm² effektive Kühloberfläche braucht man für ca. 6…8 Watt.
Dabei ist natürlich nicht mitgerechnet, daß eine gewisse
Leistung schon über die Beine auf die LP abgeführt wird.
-> TO220 möglichst mit kurzen Beinen auf die LP löten !
Die Formel gilt auch nur, wenn sich nicht ein deutlicher
Wärmestau innerhalb des Gehäuse bildet.
Beispiel: Transistor mit 10W Dauerverlustleistung
-> effektive Fläche ca.1,2…1,5dm²
-> Blechgröße also ca. 0,6…0,75dm² (es wirken Vor- und Rückseite)
-> Natürlich darf das Blechdicke nicht zu dünn sein (mind. 2mm).
Wenn der Kühlkörper Rippen hat, wird er natürlich kompakter,
weil damit ja die effektive Oberfläche vergrößert wird.
Beachte aber, daß die Rippen bei passiver Kühlung nicht zu
eng sein dürfen (mind. ca. 3…5mm Abstand), sonst strömt die
Luft in den engen Spalten nicht mehr durch. Dann ist die effektive
Oberfläche deutlich kleiner als die real vorhandene.
Die Ausrichtung der Rippen sollte dann natürlich vertikal
sein, um den Kamineffekt optimal zu nutzen.
Ein paar Zusammenhänge siehe auch hier: FAQ:2173
Gruß Uwi
Kommt drauf an, wie groß die Wärmemenge im Gehäuse ist und wie
groß das Gehäuse ist und ob es belüftet ist usw.Mit welchen Faustformeln/Werten kann man diesen Widerstand
ansetzen, bei Luftspalt, bzw Leitpaste.Versteh ist nicht? Was hat Leitpaste mit Luft zu tun?
Es gibt Formel mit denen man aus Temperatur differenz und den Therm. Widerständen die Kühlkörper annähernd berechnen kann.
für diese Berchnung werden der Widerstand zwischen Kern und Gehäuse, Gehäse zu Kühlkörper und Kühlkörper zu umgebung verwendet.
Der Thermische Widerstand zwischen Kern und Gehäuseoberfläche ist mit 5 K/W angegeben.
Im Katalog werden die Kühlkörper für die TO220 Gehäuse zwischen 9 K/W und 36 K/W.
Welchen Wert sollte man für den Thermischen Widerstand zwischen Gehäuse und Kühlkörper annehmen? und Wieviel besser würde dieser wert durch Wärmeleitpaste?
aber danke schon mal soweit.
Hallo,
Es gibt Formel mit denen man aus Temperaturdifferenz und den
Therm. Widerständen die Kühlkörper annähernd berechnen kann.
Achso, wenn du die thermischen Widerstände für den Kühlkörper
hast, dann kannst du natürlich auch rechnen.
Mit Eigenbaukühlkörpern, wie es für viele Fälle reicht, geht das
eher nicht so leicht.
für diese Berechnung werden der Widerstand zwischen Kern und
Gehäuse, Gehäuse zu Kühlkörper und Kühlkörper zu Umgebung
verwendet.
Der Thermische Widerstand zwischen Kern und Gehäuseoberfläche
ist mit 5 K/W angegeben.
Im Katalog werden die Kühlkörper für die TO220 Gehäuse
zwischen 9 K/W und 36 K/W.
Welchen Wert sollte man für den Thermischen Widerstand
zwischen Gehäuse und Kühlkörper annehmen? und Wieviel besser
würde dieser wert durch Wärmeleitpaste?
Wärmeleitpaste solltest du immer nehmen.
Wieviel schlechter der Wärmeübergang ohne Paste wäre, hängt stark
von der Qualität der Oberflächen ab.
Mit Paste kannst du aber in der Regel den Übergang zw. Kühlkörper
und Halbeiter vernachlässigen (außer du hast ein Hochleistungs-
system welches hart an der thermischen Belastungsgrenze gefahren
wird. Sowas sollte man aber vermeiden.
Der Wärmewiederstnd der Paste sollte deutlich unter 1K/W liegen
Gruß Uwi
Der Wärmewiederstnd der Paste sollte deutlich unter 1K/W
liegen
Das ist mal eine aussage, dann rechne ich mit 1 K/W und bin auf der sicheren Seite thx.
Hallo,
Dabei ist natürlich nicht mitgerechnet, daß eine gewisse
Leistung schon über die Beine auf die LP abgeführt wird.
-> TO220 möglichst mit kurzen Beinen auf die LP löten !
Wozu das?
Gruß
loderunner
Hallo,
Dabei ist natürlich nicht mitgerechnet, daß eine gewisse
Leistung schon über die Beine auf die LP abgeführt wird.
-> TO220 möglichst mit kurzen Beinen auf die LP löten !Wozu das?
moin,
damit die wärme möglichst bald die grosse fläche der leiterplatte zum abführen „sieht“, und sich nicht erst durch die (langen) dürren beinchen quetschen muss. (natürlich nur sinnvoll bei optimierten layout).
wobei grundsätzlich die gefahr besteht, bei platinenmontiertem kühlkörper, das sich die beinchen losreissen/bzw sich kalte lötstellen bilden. dagegen hilft üblicherweise nur leichtes vorbiegen der beinchen, sodass eine spannungsfreie wärmedehnung ermöglicht wird.
gruss wgn
Gruß
loderunner
Hallo Fragewurm,
Momentan intrssoert mich das für einen Baustein im TO220
Gehäuse, würde mich aber auch über weitere werte oder
berechnungsmöglichkeiten freuen.
Hier wäre eine Übersicht mit konkreten Daten:
http://www.fischerelektronik.de/fischer/uploadfische…
MfG Peter(TOO)
Hallo,
Du spielst also darauf an, dass die Leiterplatte (wohl eher die Leiterbahnen - der Rest leitet Wärme schlecht) als Hilfskühlkörper oder als Kühlkörpererweiterung verwendet wird? Ich denke, dass die 2mm Beinchen mehr oder weniger als Wärmeleiter bei nur 35um Kupfer als Kühlfläche eher egal sind - im Gegenteil wirken sie eher als zusätzliche Kühlfläche. Und wenn man einen Kühlkörper verwendet, sollten die Beinchen so lang als möglich sein, um die Hitze von der Platine fern zu halten. Deshalb haben wir damals in TV-Geräten Bauteile (Dioden) mittels Messingröllchen höher gestellt - die Platinen wurden vorher darunter regelmäßig schwarz und die Beinchen haben sich nach einiger Zeit selber ausgelötet.
Gruß
loderunner
hallo auch,
Du spielst also darauf an, dass die Leiterplatte (wohl eher
die Leiterbahnen - der Rest leitet Wärme schlecht) als
Hilfskühlkörper oder als Kühlkörpererweiterung verwendet wird?
jepp, (so wars vom vorposter glaub ich auch gemeint)
Ich denke, dass die 2mm Beinchen mehr oder weniger als
Wärmeleiter bei nur 35um Kupfer als Kühlfläche eher egal sind
- im Gegenteil wirken sie eher als zusätzliche Kühlfläche.
da muss ich zugeben, das mir die grundlagen zum berechnen fehlen, um abschätzen zu können wie die wärme am besten abgeführt wird.
Und
wenn man einen Kühlkörper verwendet, sollten die Beinchen so
lang als möglich sein, um die Hitze von der Platine fern zu
halten. Deshalb haben wir damals in TV-Geräten Bauteile
(Dioden) mittels Messingröllchen höher gestellt - die Platinen
wurden vorher darunter regelmäßig schwarz und die Beinchen
haben sich nach einiger Zeit selber ausgelötet.
ahja, daher weht der wind. wir hatten unterschiedliche ansatzpunkte bezüglich der zu erwartenden temperaturen. du gehst von an der „kotzgrenze“ (bezüglich der temperatur) betriebenen bauteilen aus, wie es in der consumertechnik nicht unüblich ist. da hast du natürlich uneingeschränkt recht - hab selbst schon durch hitzeeinwirkung zerbröselte platinen instand setzen müssen. da hilft nur abstand zur platine halten.
ich bin eher von moderaten temperaturverhältnissen ausgegangen (
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das soll die seitenansicht eines to-220 gehäuses sein.
gruss wgn
Hallo,
gehst von an der „kotzgrenze“ (bezüglich der temperatur)
betriebenen bauteilen aus, wie es in der consumertechnik nicht
unüblich ist.
Ein Kühlkörper, der innerhalb eines Gehäuses angebracht vor allem durch Abstrahlung wirken soll, hat immer eine Temperatur in der Nähe dieser ‚Kotzgrenze‘ (wenn er nicht völlig überdimensioniert ist) - erst da beginnt die Wärmeabstrahlung richtig zu wirken. Vorher geschieht das ganze durch Luftzirkulation - aber die Luft muss halt auch zirkulieren können. Und natürlich ist der effizienteste Kühlkörper der, bei dem beides funktioniert.
Gruß
loderunner
Hallo,
Ich denke, dass die 2mm Beinchen mehr oder weniger als
Wärmeleiter bei nur 35um Kupfer als Kühlfläche eher egal sind
Unterschätze das nicht. Größere Kupferkaschierungen können eine
ganz erhebliche Wärmeableitung haben. Nicht umsonst werden bei
Powerplanes Wärmefallen an Durchkontaktierungen gesetzt.
Trotzdem merkt man beim Löten ganz enorm, wie unterschiedlich
die Wärmeableitung zwischen einfach Leiterzügen und kompakten
Flächen ist. Durchkontaktierungen an Mehrlagen-LP ohne Wärmefallen
bekommt man unter Umständen gar nicht mehr Zerstörungsfei
herausgelöste, wenn man nicht wirklich erstklassiges Lötgerät
zur Verfügung hat.
- im Gegenteil wirken sie eher als zusätzliche Kühlfläche.
Was, die Pins - das kanst du ohne weiteres Vernachlässigen.
Der Wärmeübergang Festkörper-Luft ist so mies, daß solch winzige
flächen nicht viel bringen. Da ist die darunter liegende LP-Fläche
schon eher noch relevant (natürlich nur, solange keine kühlkörper
oder nur kleine Kühlkörper eingesetzt werden.
Und wenn man einen Kühlkörper verwendet, sollten die Beinchen so
lang als möglich sein, um die Hitze von der Platine fern zu
halten.
Naja, umter Umständen schon. Aber nicht prinzipiell.
Ein Halbleiter, der dicht auf der Platine sitzt braucht evtl.
keinen Kühlkörper (so bis max. 1W für z.B. TO220).
Deshalb haben wir damals in TV-Geräten Bauteile
(Dioden) mittels Messingröllchen höher gestellt - die Platinen
wurden vorher darunter regelmäßig schwarz und die Beinchen
haben sich nach einiger Zeit selber ausgelötet.
Also das sind Bedingungen, die ein Bastler überhaupt nicht
anstreben sollte. Sowas geht auch nur mit robusten Si-Dioden,
welche bis ca. 250°C Chiptemp. vertragen. Da wirkt dann auch
schon die Stahlungswärme erheblich (du weißt, ist proport.zu T^4)
und verhindert Überschreiten der Zerstörungsgrenze.
Gut für die Zuverlässigkeit ist sowas aber ganz sicher nicht.
Ich würde als Entwickler für Industriemeßgeräte niemals an
solche Grenzen gehen. Zu sowas zwingt nur der Preisdruck
bei billiger Consumertechnik. Bei mir wäre ein Garantiefall
in Fernost oder so deutlich teurer als die paar Cent Einsparung,
ganz zu schweigen von dem Entwicklungaufwand, sowas dann doch
noch einigermaßen zuverlässig zu bekommen.
Mit IC, welche z.B. eine termische Schutzbeschaltung bei 150°C
haben (z.B. 78xx-Reihe) klappt sowas lange nicht mehr.
Das mögl. Auslöten der Beinchen zeigt aber deutlich, daß da
ordenlich Wärme abgeführt werden kann.
Gruß Uwi
Hallo,
da muss ich zugeben, das mir die grundlagen zum berechnen
fehlen, um abschätzen zu können wie die wärme am besten
abgeführt wird.
Leztlich ist Leiterplattenfläche auch gut als Kühlfläche.
SMD-IC bauen eh auf diese Methode. Schließlich kosten
Kühlkörper auch Geld, sind aufwendig zu montieren und
brauchen zusätzlich Platz.
Man hat nur eben evtl. das Problem von thermischen Spannungen
und zusätzlichen Wärmegradienten, was auch Drift und Alterung
an anderer Stelle verursachen kann.
Da lohnt oft auch ein besseres Design der Schaltung (eben z.B.
kein Längsregler sondern Step-Down und bessere Halbleiter usw.)
Wenn man aber auch nicht diese billige Phenolpappe als LP-Mat.
hat, sondern ordentliches FR4, dann sieht es schon besser aus.
Ich habe auch bei Leistungselektronik schon dickere Cu-Schichten
bestellt (z.B. 70u statt 35u) und beim Layout dann natürlich
auch auf gute Wärmeverteilung geachtet (z.B. zusätzliche Vias
um die Wärme auch auf die gegenüberliegende Seite zu bekommen usw.
Oder man bestelllt dünneres FR4. Der Wärmedurchgang durch das
festes Mat. ist aber eh gar nicht so schlecht, weil die Fläche
im Verhältnis zur Dicke sehr groß ist.
Eine PWM für 300W wird man meist mit Kühlkörpern kühlen.
Ich habe das bei 30V/10A aber in Streichholzschachtelgröße
ohne jegliche zusätzliche Kühlung hinbekommen. Mit FET (im SO8)
welche noch knapp 10mOhm Leitungswiderstand haben und superschnell
schalten (paar ns), braucht man sich keine Gedanken mehr um
Kühlung machen. Das wird eh nur Handwarm 
Solche tollen FET gibt’s aber noch nicht so lange, der Bastler
wird die also meist nicht einsetzen, weil z.B. die uralte Schaltung
von 1970 von anderen Voraussetzungen ausgeht.
ich bin eher von moderaten temperaturverhältnissen ausgegangen
(