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Kühlkörper

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                                                                                        Wels, am 2020-05-05

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Kühlkörperberechnung
Berechnung des Wärmewiderstandes
Berechnung von Kühlkörpern




1)  fischer Standardstrangkühlschiene  SK 01  75mm  2,5K/W 114,8x26mm Conrad Best.-Nr. 188670-62  ATS 40,-


2)  fischer Standardstrangkühlschiene  SK01  100mm  2,2K/W  114,8x26mm   STAND 1992 ATS 50,-




3)  fischer Leiterplattenkühlkörper  SK68  90  3,2K/W   90mm  46x33mm  Conrad Best.-Nr. ??????-62  ATS 40,-


Strangkühlkörper für Leiterplattenmontage Fischer Elektronik SK 68 94 Kühlkörper 3,2 K/W 46 x 33 mm, profilgepresste Gewinde
Länge:   37,5 mm / 50 mm / 75 mm / 94 mm / 100 mm / 1000 mm
https://www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/A04/Strangk%C3%BChlk%C3%B6rper%20f%C3%BCr%20Leiterplattenmontage/PR/SK68_/index.xhtml





4) Fischer Elektronik Leiterplattenkühlkörper SK 96 84 SA Kühlkörper 3.8 K/W (L x B x H) 84 x 55 x 28 mm TO-220, TOP-3   2020   € 5,99
 Strangkühlkörper , Befestigung durch M3-Schraubkanäle, ideal für TO220, TO218, TOP3, etc.
Maße : 28mm * 54mm * 84mm
Wärmewiderstand 4.5 K/W
Alu, schwarz eloxiert

Conrad Best.-Nr.: 188930 -62    fischer Hst.-Teile-Nr.: 10022759





5) 1m fischer elektronik Standardstrangkühlkörper  SK03  1000mm  121,3x31,4mm  STAND 1994  ATS 500,-

Profilkühlkörper, PR185 1000mm schwarz      1 AL PR185-1000SE
Fa. Elbatex





Kühlkörperberechnung

Nach Eingabe der verschiedenen Werte in die entsprechenden Felder und dem Betätigen des "berechnen"-Buttons sehen Sie in den Ergebnisfeldern die berechnete Sperrschichttemperatur,die auf keinen Fall über 80% des im Datenblatt angegebenen Maximalwert liege sollte.


Bei mehreren Halbleitern auf einem Kühlkörper hat man im Prinzip eine Parallelschaltung der ersten beiden Widerstände.
Als Wärmewiderstand Gehäuse-Kühlkörper kann man folgende Werte einsetzen:
  • Glimmerscheibe 0,3 [°C/W]
  • Silikonscheibe 0,3 [°C/W]
  • Wärmeleitpaste 0,1 [°C/W]
Die Temperatur des Kühlkörpers solle auch deutlich unter 80 °C liegen. Dies dient auch dem Unfallschutz (Verbrennungen) bei außen liegenden Kühlkörpern.
Je nach Montageart des Halbleiters (vertikal/horizontal) ändert sich die Wärmeabgabe des Kühlkörpers an die Umgebung, weshalb zwei Werte angezeigt werden.
Die maximale statisch erreichte Chip-Temperatur kann nach folgender Formel errechnet werden:


http://stegem.de/Elektronik/Kuehlkoerper/kuehl.html

http://www.netzmafia.de/skripten/hardware/kuehl.php



Kühlkörper  Berechnung

RthK = Temperaturwiderstand des Kühlkörpers (K/W).


Die mit einem Stern (*) gekennzeichneten Werte sind den Datenblättern der Hersteller zu entnehmen.
RCH = Summe aller Wärmewiderstände zwischen Gehäuse und Kühlkörper.  (K/W der Isolierscheibe + K/W der Wärmeleitpaste oder Kleber  u.s.w.) *

z.B. Transistor, NPN, BD241, TO-220,
RJC = 3.1 K/W,  PV = 5 W, ThA = 30 oC, ThJ = 110 oC, 0815-Isolierung ca. 2.9 K/W, RthK = 10 K/W.

http://www.elektronik-bastler.info/stn/kuehl.html




Wärmewiderstand 4 - Berechnungsbeispiel

  Berechnungsbeispiel:

  Berechnen Sie den Wärmewiderstand eines passenden Kühlkörpers für den Leistungs- Spannungsregler LM338K.

  gewünschte Regler-Parameter:

  gegeben:  Ia  = 4,6 A; Ue =12V; Ua = 8,5V

  Angaben aus dem Datenblatt:

--- http://cache.national.com/ds/LM/LM138.pdf ---

Ia (max.) = 5A; Temperaturarbeitsbereich 0...125 ºC;

  RthJC (RthJG) = 1K/W; 

  RthJA (RthJU) = 35K/W (Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Umgebung ohne Kühlkörper)

Frage:
Ist unter den oben genannten Bedingungen ein Betrieb ohne Kühlkörper möglich?
Antwort:
Nein, denn der erforderliche Wärmewiderstand ist wesentlich geringer.

  Lösung:

  Es ergibt sich ein Wärmewiderstand des Kühlkörpers von 3,78K/W.

  gewählter Kühlkörper (aus Katalog): 3,5K/W (für T0-3)

http://www.jens-wesemann.de/wwst4.htm





Kühlkörper berechnen

Betrachten wir die Formel zur Berechnung des Wärmewiderstandes eines Kühlkörpers:

RthK = ((Tj - Tu) / Pv) - (RthJC + RthCK + RthGl)

RthK = zu berechnender Wärmewiderstand des Kühlkörpers
TJ = Max. Junction-Temperatur lt. Datenblatt (z. B. 150°c für Silizium)
TU = Temperatur der Arbeitsumgebung (Luft)
PV = Verlustleistung in Watt
RthJC = Wärmewiderstand junction-case lt. Datenblatt
RthCK = Wärmewiderstand Case - Kühlkörper (z. B. 1 K/W)
RthGL = Wärmewiderstand an der Glimmerscheibe (typ. 0,3 K/W)

Thermal Resistance Junction to Case  RthJC <1,67 °C/W
Thermal Resistance Junction to Ambient  RthJC < 75 °C/W

Bild 2: Dieser MOSFET besitzt ein RthJA von 72°C/W! Der sehr hohe Wärmewiderstand bedeutet:
ACHTUNG:
Nie ohne Kühlkörper betreiben!

http://www.amateurfunkbasteln.de/kuehlk_berechnen/index.html





Das richtige Kühlkörperdesign

x924_d_#00-07s54-x_004084-11  Kühlkörperberechnung mit EXCEL +++ (fritz)_1b.xls
971_a_elektor-x_Automatische Berechnung von Kühlkörper mit Excel-Tabellenprogramm_2b.xls

100_a_elex-x_einfache Kühlkörper Berechnung_1a.pdf
129_a_Kühlkörper-x_Formeln Berechnung von Kühlkörper Wärmewiderstand Thermischer Widerstand_1a.pdf
180_b_EAM-x_Basiswissen, 1989-2-67 Berechnung von Kühlkörper-Dimensionierung, Temperaturdif.1_1a.pdf
180_b_EAM-x_Basiswissen, 1989-2-67 Berechnung von Kühlkörper-Dimensionierung, Temperaturdif.2_1a.pdf

~302_a_RIM-x_Kühlkörper-Berechnung (Verwendete Formelzeichen)_1a.pdf
~991_c_THOMSEN-x_Kühlkörper-berechnung, Formeln, Rechenbeispiel_1a.pdf
~492_b_Manuskript-x_VHS2.3.23  Kühlkörper-Wärmewiderstand (K-W) Berechnungs-Grundlagen_1a.pdf

https://www.all-electronics.de/das-richtige-kuehlkoerperdesign/





Berechnung des Wärmewiderstandes
https://de.wikipedia.org/wiki/Wärmewiderstand






Kühlkörper Berechnung – den genauen Wärmewiderstand ermitteln




https://www.fischerelektronik.de/service/technische-informationen/kuehlkoerper-berechnen/
https://www.elektroniknet.de/elektronik/e-mechanik-passive/wie-berechne-ich-den-waermewiderstand-148720.html
https://www.all-electronics.de/wp-content/uploads/migrated/article-pdf/120482/fischer-elektronik-460ag1012-app4-pdf.pdf



fischer elektronik Kühlkörper Katalog
300_d_fischer-x_fischer elektronik Kühlkörper KATALOG 2017 (384 Seiten)_1a.pdf




Berechnung von Kühlkörpern für ein Halbleiterbauelement

Hallo,
ich habe folgendens Problem, und zwar habe ich einen Festspannungsregler für 12V und eine Eingangsspannung mit einer Spitzenspannung von 15V.
Über den Festspannungsregler fließt ein maximalstrom von 1Amp., laut Datenblatt ist Junction-to-Case(Wärmeübertragung zum Gehäuse?) 4°C/W und Junction-to-Ambient(Wärmeübertragung zur Umgebung?) 60°C/W.
Sprich mein Bauteil erhitzt sich, da 3V abfällt und 1A fließt, bei 3W um 180°C,also bei einer Umgebungstemperatur von 40°C auf 220°C. Ist also 70°C zu heiß da die Maximaltemperatur bei 150°C liegt.
Jetzt weiß ich aber nicht nach welcher Formel ich die Leistung des Kühlkörpers berechnen muss.
Und wenn ich eine Formel gefunden hab standen da auf einmal andere Angaben die ich brauche bzw. mehr wie ich überhaupt habe.
Kann mir jemand helfen?


Nehmen wir an wir wollen Tj=110°C.
1. Wir berechnen die maximale Temperatur des Kühlkörpers.

Tj = Tcase +Rthjc*P
Tcase = Tj - Rthjc*P
Tcase = 110°C - 4°/W*3W
Tcase = 98°C

2. Jetzt berechnen wir den Wärmewiderstand des Kühlkörper

Tamb = 40°C
Rthk sei der Wärmewiderstand des Kühlkörpers.
Rthk = (Tcase-Tamb)/P
Rthk = (98°C-40°C)/3W
Rthk = 19,3°/W

Dabei haben wir unterschlagen, dass es zwischen dem Transistor und dem Kühlkörper auch noch einen Wärmewiderstand von
z. B. 0,5..1°C/W gibt.
Den müsste man bei Rthjc in den obigen Formeln dazuzählen.
Außerdem interessiert nicht die Spitzenspannung am EIngang sondern die mittlere Spannung bei der Berechnung der Verlustleistung.
Natürlich muss man eventuell noch 10% auf die Eingangsspannung zuschlagen, wenn es um ein Netzteil mit Trafo geht.



Kann ich:
Den thermische Widerstand "Junction-to-Ambient" hat das Bauteil OHNE weiteren Kühlkörper
und wie du richtig siehst, fackelt man´s damit flott in die ewigen Jagdgründe der Elektronik.

Zunächst mal legt man einen Umgebungstemperatur fest; sagen wir mal 30°C (warmes Büro).
Wenn du bei dieser Umgebungstemperatur eine maximale Bauteil-Temperatur von 150°C erreichen willst, kommst du nicht umhin, einen Kühlkörper dranzupappen, der die Temperaturdifferenz auf max. 100 K hält.
Grundsätzlich darf daher die ganze Kühlkette einen maximalen Rth = 120 K / 3 W = 40 K/W haben, aber 4 K/W hat ja schon das Gehäuse des Reglers:
Damit muss der Kühlkörper eben einen maximalen Rth von 40 K/W - 4 K/W = 36 K/W haben.

Jetzt den Katalog aufzuschlagen und einen passenden Kühlkörper auszusuchen, vernachlässigt wesentliche Faktoren:
Nachdem´s auch in unserem klimatischen Jammertal irgendwann wieder mal Sommer wird
und die Sonne auf das verlurchte Kühlblech prasseln können soll, ohne dass das Bauteil abschmorchelt, müssen da Reserven rein.
Annahme:
Die Umgebungstemperatur kann bis 50°C steigen und der Bauteil soll dabei nur 140°C heiss werden.
Temperaturdifferenz = 140 - 50 = 90K
Rth ges max = 90K / 3 W = 30K/W
Rth Kühlkörper max = 30 K/W - 4 K/W = 26 K/W

Dieser Kühlkörper ist allerdings größer und teurer als der zuerst errechnete.
Kaufen wird man einen Kühlkörper mit einem KLEINEREN thermischen Widerstand;
z.B. einen mit mit 23 K/W, weil der so hübsch ist oder man den in der Bastelkiste hat.


Das heißt wenn ich die Rechnungen:
Temperaturdifferenz = 130K(maximal Temperatur von mir gewünscht) - 50K(max. Umgebungstemperatur)=80K
Rth ges max= 80K/3W = 26,7K/W
Rth Kühlkörper max= 26,7K/W -4K/W(vom Bauteilgehäuse)=22,7K/W

Wäre dann schon eine völlig ausreichende Rechnung und ich müsste dann "nur" nach einem Kühlkörper suchen mit 22,7K/W(oder kleiner?)?
Also je kleiner der Wärmewiderstand vom Kühlkörper umso mehr kann er kühlen?
Brauche ich eine Wärmeleitpaste dafür oder langt es wenn ich den Kühlkörper dann einfach auf das Bauteil schraube und fertig?


Beides richtig!
Wenn man´s ganz genau nimmt, dann gibt´s noch einen thermischen ÜBERGANGS-Widerstand zwischen dem Bauteil und dem Kühlkörper
und der hängt z.B. von der Rauigkeit der Oberflächen, dem Luftspalt, einem dazwischengelegten Isolierplättchen oder reingepappter Wärmeleitpaste ab.
Letzere sorgt für minimale Übergangswiderstände und weil die fast nichts kostet, sollte die immer rein.
Andererseits kann man auch einfach ein bissl ein besseres Kühlblech (kleinerer Rth) nehmen
und erspart sich damit, sich die neue schwarze Hose mit der weissen Wärmeleitpaste zu versauen.





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