Wie sicherstellen, dass ein elektronisches Bauteil in einem Gerätegehäuse seine zulässige Temperatur nicht überschreitet?

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Für elektronische Bauteile werden häufig zulässige Umgebungstemperaturen für den Betrieb angegeben, z.B. nach Industrial Standard -40°C bis +85°C. Für die thermische Auslegung eines Geräts wäre es oft hilfreicher, wenn der Hersteller des elektronischen Bauteils anstatt der zulässigen Umgebungstemperatur die zulässige Oberflächentemperatur des Bauteils selbst angeben würde (Erklärung dazu siehe unten). Eine solche Angabe findet sich aber nur manchmal, meistens ist nur die zulässige Umgebungstemperatur spezifiziert. Weiß jemand, warum das so ist?

Meistens befinden sich elektronische Bauteile, während sie betrieben werden, im Gehäuse eines Geräts, dort z.B. auf einer Platine. Durch die Verlustleistung der Bauteile, die als Wärme abgegeben wird, wird im Gehäuse i.a. eine höhere Temperatur erreicht als außerhalb. Will man wissen, ob es im Gerätegehäuse für ein bestimmtes elektronisches Bauteil zu warm wird, könnte man geneigt sein, die Geräteinnentemperatur als Umgebungstemperatur für das Bauteil anzusetzen und diese mit der zulässigen Umgebungstemperatur zu vergleichen. Das aber scheint mir wenig hilfreich und kann zu einer kompletten Fehleinschätzung der Situation führen. Denn im Gehäuse gibt es nicht DIE Innentemperatur, sondern ein Temperaturfeld. Und welchen Punkt dieses Feldes nehme ich nun für die Umgebungstemperatur? Lieber keinen! Viel hilfreicher wäre es, wenn der Hersteller des elektronischen Bauteils anstatt der zulässigen Umgebungstemperatur die zulässige Oberflächentemperatur des Bauteils selbst angeben würde. Denn die könnte man mit einem Temperaturfühler direkt messen und mit dem zulässigen Wert vergleichen.

#2

Hallo,
das gibt der Hersteller vor, und warum, weil er es kann.
Mal den Hersteller nach der Oberflaechentemperatur fuer sein Bauteil gefragt?
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Wer eine „Kiste“ mit innerer Erwaermung konstruiert, kann die Heizleistung innen oder die Waermeabgabe nach aussen auch dimensionieren. Dafuer hat ein Hersteller eines Einzelbauteils keine Daten.
Die Oberflaechentemperatur eines Bauteils kannst Du messen? Prima, dann mach das ohne Eigenerwaermung des Bauteils und dessen Umgebungstemperatur in der Kiste waere gemessen, wenn es wenig zur Gesamt-Kisten-Erwaermung beitraegt.
Bei Halbleitern steht als Lebensdauergrenze stets noch die zulaessige Sperrschichttemperatur im Datenblatt, bzw die zulaessige Leistung bei erhoehter Umgebungstemperatur.
Du kannst auch einige „Kisten“ herstellen und bei 85, 95, 105 Umgebungstemperatur messen und beweisen, dass sie es aushalten. Dabei noch Variation der waermeentscheidenden Bauteile.
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Irgendwie dranhangeln, duerfte bei Kleinserien effektiver sein als den Hersteller fuer die ganze Welt lesbare andere Daten nennen zu lassen.
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Gruss Helmut

#3

Natürlich einen! Nämlich den, der für dieses Bauteil in Frage kommt.

Und was hindert dich daran, mit demselben Temperaturfühler die Umgebungstemperatur an genau der Stelle zu messen und mit dem zulässigen Wert zu vergleichen?
Zumal die erreichte Tc ja auch ein bisschen von der Ta abhängt…

Abgesehen davon gibt ein ordentlicher Hersteller nicht nur max. Ta, sondern auch max. Tj sowie die thermischen Widerstandswerte an, die du für deine Dimensionierung heranziehen kannst.

Gruß,

Kannitverstan

#4

Wie soll das denn funktionieren? Die Oberflächentemperatur ergibt sich aus der Leistung, die das Bauteil selber ‚verbrät‘ im Zusammenhang mit der Leistung, die das Bauteil bei welcher Eigentemperatur loswerden kann. Ein Teil der Abgabe passiert durch Wärmestrahlung, ein Teil durch Konvektion, ggf. gibt es noch einen Kühlkörper. Dazu kommen die inneren Wärmeübergangswiderstände. Der Hersteller kann aber nur das angeben, was er kennt. Gehäusetemperatur, Luftbewegung, Wärmestrahlung von Nachbarbauteilen kennt er nicht. Also: unmöglich!

Wer misst misst Mist. Es gibt keinen Temperaturfühler, der das Messobjekt nicht beeinflusst.

Eigentlich weiß man als Entwickler, was eine Gehäusebauform ungefähr an Leistung loswerden kann. Und wenn es knapp wird, muss man halt ein anderes Bauteil verwenden. Bis an die Grenze sollte man sowieso nicht gehen, da das zu erhöhten Ausfällen führt. „Defensiv entwickeln“ ist das Stichwort. Gemessen habe ich da noch nie irgendwas.