§ 12

Kühlkörper und Sperrschichttemperatur

Bliver komponenten for varm med den valgte køleplade, eller er der stadig margin til Tj-max?

Antwort: Effekttab i en halvleder driver en 'varmestrøm' gennem en kæde af termiske modstande — fra chip (junction) via kabinet (case) og køleplade til den omgivende luft — helt analogt til Ohms lov for elektrisk strøm. Beregneren finder den forventede junction-temperatur og margin til komponentens Tj-max.

Formel

Tj = Ta + P · (Rjc + Rcs + Rsa)

Hvert led i varmevejen har en termisk modstand (°C/W), ligesom elektriske modstande. Summen ganget med effekttabet giver temperaturstigningen over omgivelserne.

Symbole und Einheiten in der Formel
Symbol	Bedeutung	Einheit
p	Effekttab i komponenten	W
ta	Umgebungstemperatur	°C
rjc	Termisk modstand junction–case (Rjc, iht. datablad)	°C/W
rcs	Termisk modstand case–køleplade (Rcs)	°C/W
rsa	Termisk modstand køleplade–luft (Rsa, iht. datablad)	°C/W
tjmax	Maks. junction-temperatur (Tj-max, iht. datablad)	°C
=	Forventet junction-temperatur	°C
=	Margin til Tj-max	°C

Gültigkeit und Quelle

Quelle: Termisk Ohms lov (halvleder-/køleplade-datablad Rth)

Gilt nicht, wenn

Vejledende screeningsberegning ud fra databladsværdier. Endelig køleplade-dimensionering i produktion bør efterprøves med målinger eller af en fagperson, særligt ved høj effekt eller dårlig ventilation.

Rechenbeispiel

Die eigenen Standardwerte des Rechners sind eingesetzt. Die Zahlen sind mit genau der Formel berechnet, die das Werkzeug verwendet.

Sat ind

Effekttab i komponenten5 W
Umgebungstemperatur25 °C
Termisk modstand junction–case (Rjc, iht. datablad)1,50 °C/W
Termisk modstand case–køleplade (Rcs)0,50 °C/W
Termisk modstand køleplade–luft (Rsa, iht. datablad)5 °C/W
Maks. junction-temperatur (Tj-max, iht. datablad)150 °C

Geber

Forventet junction-temperatur60,0 °C
Margin til Tj-max90,0 °C

Nur für Mitglieder

Der Rechner selbst ist gesperrt

Lege einen kostenlosen Zugang an, um alle Artikel, Rechner, Vorlagen und das Sortiment freizuschalten — und Zugriff auf Quizze und Klassen zu erhalten. Es dauert unter einer Minute: Name, E-Mail und ein Passwort. Keine Zahlungskarte.

Kostenlosen Benutzer erstellen →Anmelden

Willst du zuerst etwas ausprobieren? Sieh, was du ohne Konto nutzen kannst — der Junior-Bereich, das Lexikon, die Videos und mehr.

Sådan bruger du den

Når en spændingsregulator, en MOSFET eller en effekttransistor laver varme, skal du vide, om den kan holde. Beregneren lægger de termiske modstande fra chip til luft sammen og viser chippens temperatur og margin til grænsen i databladet.

Schritt für Schritt

Beregn effekttabet. For en lineær regulator er det spændingsforskellen gange strømmen.
Find Rjc og Tj-max i komponentens datablad og Rsa i kølepladens datablad.
Sæt Rcs efter monteringen: ca. 0,5 °C/W med kølepasta, mere med en isolerende glimmerskive.
Indtast den højeste temperatur inde i kabinettet, ikke rummets temperatur.
Hold en margin på mindst 20-25 °C til Tj-max, så komponenten holder længe.

Typische Fehler

At regne med rummets temperatur i stedet for temperaturen inde i kabinettet, hvor komponenten sidder.
At glemme glimmerskiven eller kølepastaen. Uden pasta kan Rcs blive mange gange større.
At køre helt op til Tj-max. Levetiden falder kraftigt, når chippen arbejder tæt på grænsen.
At bruge Rsa for en køleplade med blæser, når blæseren ikke kører.

Beispiele aus dem Alltag

7805-regulator i en lukket boks

En 7805 laver 12 V om til 5 V ved 0,7 A, altså 4,9 W i varme. Den sidder i TO-220 med Rjc 5 °C/W, kølepasta og en lille køleplade på 10 °C/W. Inde i boksen er der 40 °C, og Tj-max er 125 °C.

Effekttab i komponenten: 4,9 W
Umgebungstemperatur: 40 °C
Termisk modstand junction–case (Rjc, iht. datablad): 5 °C/W
Termisk modstand case–køleplade (Rcs): 0,5 °C/W
Termisk modstand køleplade–luft (Rsa, iht. datablad): 10 °C/W
Maks. junction-temperatur (Tj-max, iht. datablad): 125 °C

Es bedeutet: Chippen når 116 °C, og marginen er kun 9 °C. Det er for lidt. Vælg en større køleplade eller en switchmode-regulator.

MOSFET i en motorstyring

En MOSFET taber 10 W i en motorstyring. Den har Rjc 0,5 °C/W, kølepasta (0,5 °C/W) og en køleplade på 3 °C/W. Omgivelserne er 35 °C, og Tj-max er 175 °C.

Effekttab i komponenten: 10 W
Umgebungstemperatur: 35 °C
Termisk modstand junction–case (Rjc, iht. datablad): 0,5 °C/W
Termisk modstand case–køleplade (Rcs): 0,5 °C/W
Termisk modstand køleplade–luft (Rsa, iht. datablad): 3 °C/W
Maks. junction-temperatur (Tj-max, iht. datablad): 175 °C

Es bedeutet: Junction-temperaturen bliver 75 °C, og der er 100 °C til grænsen. Det er en sikker konstruktion med plads til varme sommerdage.

Faustregel

Hver watt gennem en køleplade på 10 °C/W giver 10 °C ekstra. En TO-220 uden køleplade kan typisk kun tåle 1-2 W.

So überprüfst du die Antwort

Mål kølepladens temperatur ved fuld last. Den skal ligge omkring omgivelsestemperaturen plus effekt gange Rsa. Junction ligger yderligere effekt gange Rjc + Rcs over.