Wärmewiderstand

[ElektronikKO]

Hallo,

ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen. Elektronik wird für mich wohl immer ein Rätsel bleiben.

Ich habe eine UV-LED, die eine Dice Temperature von 130°C und eine Verlustleistung von 3W hat. Ansonsten hab ich noch einen Widerstand Rja=35°C/W. Kann mir einer von euch sagen wie hoch bzw. gering der Wärmewiderstand meines Kühlkörpers sein sollte, wenn eine Temperatur von 30°C des Bauteils eigentlich nicht überschritten werden sollte? Ich hab auch versucht das zu berechnen, aber irgendwie fehlen mir dazu immer irgendwelche Werte. Die LED wird auch noch an ein TEC angeschlossen und auf die Rückseite des TECs soll dann der Kühlkörper. Beides soll erstmal mit Wärmeleitpaste und später mit Wärmeleitkleber befestigt werden. Außerdem sollte der Kühlkörper nicht größer als 3x3cm sein, wenn möglich.

Falls noch irgendwelche Infos nötig sind, schau ich gern in meinem Datenblatt nach, ob ich´s finde.

Danke schon mal. Wär mir echt eine sehr große Hilfe

[anders]

eine Verlustleistung von 3W hat. Ansonsten hab ich noch einen Widerstand Rja=35°C/W.

Das bedeutet, daß sich die Sperrschicht um 105°C gegenüber dem Montageflansch erwärmt.
Wenn die maximal zulässige Sperrschichttemperatur 130°C beträgt, darf der Montageflansch also nur maximal 25°C warm sein. Das ist ein für die meisten Halbleiterspezifikationen gebräuchlicher Wert.

Aber Vorsicht!
Die Temperatur des Montageflansches ist gewöhnliich nicht die Temperatur des Kühlkörpers.
Das trifft nur zu, wenn das Bauteil auf den Kühlkörper aufgelötet ist. Wenn zwischen Bauteil und dem Metall des Kühlkörpers noch Silikonpampe, Glimmer oder auch nur die Eloxalschicht des Kühlkörpers liegt, existiert dort ebenfalls ein Wärmewiderstand. Bei den großen Gehäusen von Leistungstransistoren rechnet man über den Daumen mit 0,5..1,5 °C/W. Kleine Gehäuse haben natürlich höhere Werte.

Du wirst also tatsächlich die aktive Kühlung brauchen, wenn du die LED voll belasten willst.
Der Kühlkörper muß dann auch noch die Speiseleistung des Peltiers abführen.

Außerdem sollte der Kühlkörper nicht größer als 3x3cm sein, wenn möglich.

Dann brauchst du auf jeden Fall noch einen Ventilator auf dem Kühlkörper, oder du verwendest Wasserkühlung.

Evtl. musst du dich auch noch darum kümmern, dass die Peltierkühlung nicht weiterläuft, wenn die LED abgeschaltet ist, weil sich dann Kondenswasser und u.U. sogar Eis bilden kann.

[ElektronikKO]

Oh man, dass ist ja noch komplizierter als gedacht.

Vielen Dank für die Antwort. Hat mich ein Stück weiter gebracht. Bevor ich das konkret berechne bzw. durchdenke, würde ein Kühlkörper mit 8K/W erst einmal ausreichen? Kann man das erfahrungsgemäß sagen oder ist der Wert hoch?

VG

[anders]

Ein Kühlkörper mit 8K/W wird ohne Ventilatorunterstützung nicht ausreichen.

Ein wichtiger Aspekt dabei ist aber auch höchste Vorkommende Temperatur in deinem Gerät.
Wie wir ja gesehen haben, brauchst du eine Kaltseitentemperatur von etwa 20°C.

Wenn wir nun von einer Temperaturdifferenz von 30°C ausgehen, -das entspricht etwa der Hälfte des höchstmöglichen Wertes-, bekommt man eine Warmseitentemperatur des Peltiers von 50°C.

Die maximale Pumpleistung sollte dann auch etwa doppelt so hoch liegen, wie die abzuführende Wärmeleistung, also brauchst du ein Peltierelement mit einer Kühlleistung von etwa 6..10W.

Bei einem über den Daumen gepeilten Wirkungsgrad von 50% müsstest du also eine Wärmeleistung von etwa 10W abführen.

Wenn man animmt, daß die den Kühlkörper umströmende Luft 35°C warm ist (z.B.im Sommer), ergibt sich damit ein Wärmewiderstand von 1,5K/W.
Solche Kühlkörper sind entweder recht groß oder man verwendet Ventilatorunterstützung und dann mag dein 8K/W Kühlkörper gerade ausreichen.