§ 12

Køleplade og junction-temperatur

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

Svar: 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.

Symboler og enheder i formlen
Symbol	Betydning	Enhed
p	Effekttab i komponenten	W
ta	Omgivelsestemperatur	°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

Gyldighed og kilde

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

Gælder ikke når

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.

Regneeksempel

Beregnerens egne standardværdier sat ind. Tallene er regnet med præcis den formel værktøjet bruger.

Sat ind

Effekttab i komponenten5 W
Omgivelsestemperatur25 °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

Giver

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

Kun for medlemmer

Selve beregneren er låst

Opret en gratis bruger for at låse op for alle artikler, beregnere, skabeloner og sortiment — og få adgang til quizzer og klasser. Det tager under et minut: navn, email og en adgangskode. Intet betalingskort.

Opret gratis bruger →Log ind

Vil du prøve noget først? Se hvad du kan bruge uden konto — junior-zonen, leksikonet, videoerne og mere.

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.

Trin for trin

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.

Typiske fejl

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.

Eksempler fra hverdagen

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
Omgivelsestemperatur: 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

Det betyder: 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
Omgivelsestemperatur: 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

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

Tommelfingerregel

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.

Sådan tjekker du svaret

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