Formel zu Kühlung und Wärmeleitung richtig angewendet?

Grundlagen des elektrischen Stromes. Alle Fragen zu Elektronik und Elektro sind erwünscht.

Grundlagen des elektrischen Stromes. Alle Fragen zu Elektronik und Elektro sind erwünscht.

Moderator: Moderatorengruppe

Formel zu Kühlung und Wärmeleitung richtig angewendet?

Neuer Beitragvon pluspol am Donnerstag 24. Februar 2011, 20:26

Bin dabei, die Formeln für die Kühlung zu lernen. Folgt eine Musterrechnung. Vielleicht könnte jemand drübergucken, ob das richtig ist. Stimmt das so?

Spannungsregler LM317T TO220-Gehäuse
Im Datenblatt http://www.national.com/ds/LM/LM117.pdf wird für das T-Package (TO220) ein Junction-to-Case Wärmewiderstand von 4°/W angegeben. Die Verlustleistung berechnet sich beim L317 vermutlich einfach aus I Last * (U ein – U aus).

Formel für Kühlkörperberechnung: Rtk = (tj – tu)) / P – Rtg - Rtm
P = Wärmeleistung=Verlustleistung
tj = max junction temperature, normalerweise 150° für Silizium
tu = Umgebungstemperatur
Rtg = Wärmewiderstand Sperrschicht/Gehäuse
Rtm = Wärmewiderstand Isoliermedium
RtK = Wärmewiderstand Gehäuse/Kühlkörper

Angenommen wird eine Stromquelle mit 12V, geregelte Ausgangsspannung von 5V, Stromverbrauch 0,5A. Für tj-tu sicherheitshalber 80°. Rtm ohne Isolierung 0,1.
Verlustleistung = (12-5) * 0,5 = 3,5W
Dann braucht man ein Kühlblech mit dem Wärmewiderstand
Rtk = 80 / 3,5 - 4 – 0,1 = 18,76 K/W
Man kann also jeden Kühlkörper verwenden, der auf TO220 passt und max. 18,76 K/W hat
Zuletzt geändert von pluspol am Donnerstag 24. Februar 2011, 20:26, insgesamt 1-mal geändert.
pluspol
Threadstarter
42001
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 74
Registriert: Dienstag 1. Februar 2011, 15:36
Postleitzahl: 60311
Land: Germany / Deutschland

Re: Formel zu Kühlung und Wärmeleitung richtig angewendet?

Neuer Beitragvon der mit den kurzen Armen am Donnerstag 24. Februar 2011, 20:57

Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst das von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!
der mit den kurzen Armen
42005
Platinum Mitglied
 
Beiträge: 2579
Registriert: Samstag 19. Juni 2010, 19:33
Postleitzahl: 00000
Land: Germany / Deutschland

Re: Formel zu Kühlung und Wärmeleitung richtig angewendet?

Neuer Beitragvon pluspol am Donnerstag 24. Februar 2011, 21:10

Hallo

der mit den kurzen Armen hat geschrieben:schau dir mal das an http://projektlabor.ee.tu-berlin.de/projekte/wechselrichter/referate/Referat_Kuehlkoerper.pdf


danke für die schnelle Antwort. Nach meinem Eindruck ist das ganz genau das gleiche. Nur, dass ich die Temperaturdifferenz kleiner angesetzt habe. Kann/sollte man den Grenzwert von 150° ausreizen? Einbauschachtel-Innentemperatur kommt mir mit 25°äusserst gewagt vor.
pluspol
Threadstarter
42007
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 74
Registriert: Dienstag 1. Februar 2011, 15:36
Postleitzahl: 60311
Land: Germany / Deutschland

Re: Formel zu Kühlung und Wärmeleitung richtig angewendet?

Neuer Beitragvon der mit den kurzen Armen am Donnerstag 24. Februar 2011, 21:17

Reserve sollte immer da sein. Mit der max Sperrschichttemperatur rechne nie !! Ein Kühlkörper ist nie zu groß, aber sehr schnell zu klein !!
Edit: Die Umgebungstemperatur ist die um den Kühlkörper herum. Kann durchaus auch mal bei 80 Grad liegen ((Wärmestau im Gehäuse)
Zuletzt geändert von der mit den kurzen Armen am Donnerstag 24. Februar 2011, 21:19, insgesamt 1-mal geändert.
Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst das von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!
der mit den kurzen Armen
42009
Platinum Mitglied
 
Beiträge: 2579
Registriert: Samstag 19. Juni 2010, 19:33
Postleitzahl: 00000
Land: Germany / Deutschland

Re: Formel zu Kühlung und Wärmeleitung richtig angewendet?

Neuer Beitragvon pluspol am Donnerstag 24. Februar 2011, 21:27

der mit den kurzen Armen hat geschrieben:Edit: Die Umgebungstemperatur ist die um den Kühlkörper herum. Kann durchaus auch mal bei 80 Grad liegen ((Wärmestau im Gehäuse)


aha, sowas hatte ich befürchtet. Man kann es sich mit geschlossenen Plastik-Kleingehäusen im Monat Juli schon vorstellen. Mit 125°C-80°C = 45°C Differenz vermutlich erheblich andere Dimensionen beim Kühlkörper.
Zuletzt geändert von pluspol am Donnerstag 24. Februar 2011, 21:29, insgesamt 3-mal geändert.
pluspol
Threadstarter
42011
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 74
Registriert: Dienstag 1. Februar 2011, 15:36
Postleitzahl: 60311
Land: Germany / Deutschland

Re: Formel zu Kühlung und Wärmeleitung richtig angewendet?

Neuer Beitragvon anders am Samstag 26. Februar 2011, 16:27

normalerweise 150° für Silizium
Wenn du das von dir verlinkte Datenblatt gelesen hättest, solltest du bemerkt haben, dass die höchste Sperrschichttemperatur des LM317 im TO-220 Gehäuse mit 125°C angegeben ist.
Wenn du diesen Wert überschreitest, mußt du damit rechnen, daß der Regler zum Eigenschutz abregelt.
Da oft dabei die Verlustleistung zunächst noch ansteigt, kann das ziemlich plötzlich geschehen.

Außerdem hast du den Wärmewiderstand zwischen Gehäuse und Kühlkörper vernachlässigt. Rechne dafür noch mal mit 0,5..1 K/W.
Es ist nicht unüblich Leistungshalbleiter isoliert auf einen verrippten Kühlkörper zu montieren, der dann hinten aus dem Gehäuse herausschaut. So kannst du auf die Daten des Kühlkörperherstellers zurückgreifen.
Bei Montage in einem Gehäuse aus schlecht wärmeleitendem Material, wie Holz oder Kunststoff, sollte man auf jeden Fall Lüftungslöcher vorsehen.
anders
42042
Moderator
 
Beiträge: 4686
Registriert: Freitag 28. Februar 2003, 13:46

Re: Formel zu Kühlung und Wärmeleitung richtig angewendet?

Neuer Beitragvon pluspol am Sonntag 27. Februar 2011, 01:00

anders hat geschrieben:
normalerweise 150° für Silizium
Wenn du das von dir verlinkte Datenblatt gelesen hättest, solltest du bemerkt haben, dass die höchste Sperrschichttemperatur des LM317 im TO-220 Gehäuse mit 125°C angegeben ist.


War ein Versehen. Aber mit der zuletzt gewählten max. Temperaturerhöhung von 45° dürften die meisten Eventualitäten abgedeckt sein.

anders hat geschrieben:Außerdem hast du den Wärmewiderstand zwischen Gehäuse und Kühlkörper vernachlässigt. Rechne dafür noch mal mit 0,5..1 K/W.

Mit Wärmeleitpaste angeblich 0,1. Ich war so frei, das zu ignorieren. Bei Hochleistungssystemen, wenn es knapp wird, muss man wohl etwas genauer sein.
pluspol
Threadstarter
42057
Bronze Mitglied
 
Beiträge: 74
Registriert: Dienstag 1. Februar 2011, 15:36
Postleitzahl: 60311
Land: Germany / Deutschland


Zurück zu Das Forum für Newbies und Auszubildende

Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: Google [Bot] und 23 Gäste