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Thermal

Kühlkörper-Rechner

Berechnen Sie den erforderlichen Wärmewiderstand des Kühlkörpers und die Sperrschichttemperatur für Leistungsgeräte

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Formel

θ_SA = (T_Jmax - T_A) / P_D - θ_JC - θ_CS

Referenz: JEDEC JESD51 thermal measurement standard

θ_SA— Heatsink-to-ambient thermal resistance (°C/W)
T_Jmax— Maximum junction temperature (°C)
T_A— Ambient temperature (°C)
P_D— Power dissipation (W)
θ_JC— Junction-to-case thermal resistance (°C/W)
θ_CS— Case-to-heatsink thermal resistance (°C/W)

Wie es funktioniert

Der Wärmewiderstand ist ein kritischer Parameter im elektronischen Wärmemanagement, der den Temperaturunterschied pro Verlustleistungseinheit darstellt. In Halbleiterbauelementen wird der Wärmewiderstand in der Regel in °C/W ausgedrückt und beschreibt die Wärmeübertragung zwischen verschiedenen thermischen Schnittstellen: von der Verbindungsstelle zum Gehäuse (Δ_JC), von Gehäuse zu Senke (Δ_CS) und von der Senke zur Umgebung (EX_SA). Das Verständnis dieser Parameter ist unerlässlich, um ein Überlaufen der Temperatur zu verhindern und den zuverlässigen Betrieb leistungselektronischer Komponenten zu gewährleisten. Das Wärmewiderstandsnetzwerk ermöglicht es Ingenieuren, die maximale Sperrschichttemperatur zu berechnen und zu überprüfen, ob ein Gerät innerhalb der angegebenen thermischen Grenzwerte sicher betrieben werden kann. Zu den wichtigsten Faktoren gehören die Verlustleistung (P_D), die Umgebungstemperatur und die thermischen Eigenschaften der Wärmeableitungskomponenten.

Bearbeitetes Beispiel

Stellen Sie sich einen Leistungstransistor mit folgenden Spezifikationen vor: μ_JC = 1,5 °C/W, μ_CS = 0,5 °C/W, maximale Sperrschichttemperatur (T_J (max)) = 150 °C, Umgebungstemperatur (T_A) = 25 °C. Wenn das Gerät 10 W ableitet, können wir den erforderlichen Gesamtwärmewiderstand berechnen. Gesamtwärmewiderstand (_JA) = (T_J (max) - T_A)/P_D = (150 °C — 25 °C)/10 W = 12,5 °C/W. Durch Subtrahieren der bekannten Wärmewiderstände (_JC + Δ_CS = 2 °C/W) wird der erforderliche Wärmewiderstand von der Senke zur Umgebung (-sa) auf 10,5 °C/W. Diese Berechnung hilft bei der Auswahl eines geeigneten Kühlkörperdesigns für sorgen Sie für eine sichere Sperrschichttemperatur.

Praktische Tipps

  • ✓Beziehen Sie den Widerstand der Wärmeleitpaste und des Kissens immer in die Berechnungen ein
  • ✓Verwenden Sie die thermischen Derating-Kurven des Herstellers für genaue Vorhersagen
  • ✓Erwägen Sie erzwungene Konvektion für eine verbesserte Wärmeableitung

Häufige Fehler

  • ✗Ignorieren des Materialwiderstands der thermischen Schnittstelle
  • ✗Unter der Annahme einer linearen thermischen Leistung über alle Leistungsstufen hinweg
  • ✗Vernachlässigung der Auswirkungen von Luftstrom und Konvektion auf die Kühlkörperleistung

Häufig gestellte Fragen

Der Wärmewiderstand misst die Fähigkeit eines Materials, die Wärmeübertragung zu behindern. In der Elektronik quantifiziert er den Temperaturanstieg pro Einheit der Verlustleistung, die über verschiedene thermische Schnittstellen abgeführt wird.
Der Wärmewiderstand von der Verbindungsstelle zum Gehäuse gibt die Effizienz der Wärmeübertragung vom Halbleiter-Chip zum Gehäuse an, was sich direkt auf die Zuverlässigkeit und Leistung des Geräts auswirkt.
Die Umgebungstemperatur spielt bei der Berechnung des Wärmewiderstands eine wichtige Rolle. Sie bestimmt den Temperaturgradienten und mögliche Beschränkungen der Wärmeableitung.
Ja, indem bessere Wärmeleitmaterialien verwendet, das Kühlkörperdesign verbessert, eine aktive Kühlung hinzugefügt und die geometrischen Wärmeübertragungseigenschaften optimiert werden.
Eine zu hohe Sperrschichttemperatur kann zu einer dauerhaften Verschlechterung des Geräts, zu verminderter Leistung, erhöhtem Leckstrom und potenziell zu katastrophalen Ausfällen führen.

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