Kühlkörper berechnen

Die folgende Tabelle zeigt Thermische Messgrößen, die bei der Berechnung von Kühlkörpern verwendet werden. Die Tabelle veranschaulicht, verschiedene Abkürzungen die in Datenblättern und Tabellenbüchern für die einzelnen Thermischen Messgrößen verwendet werden.

Beim Stromdurchgang durch Halbleiter wird elektrische Energie in Wärme umgesetzt. Die Berechnung der Verlustleistung kann je nach Halbleitertyp und deren Ansteuerung variieren.

Berechnung der Verlustleistung beim Spannungsregler 7805:

Pv = Verlustleistung
Vout = Ausgangsspannung
Vin = Eingangspannung
Iout = Ausgangsstrom
Ir = Ruhestrom (Eigenbedarf des Spannungsreglers)

Pv = (Vout - Vin) x Iout + Vin x Ir

Der Wärmewiderstand gibt das Verhältnis von Temperaturanstieg und zugeführter Leistung an. Je kleiner der Wärmewiderstand des Kühlkörpers ist, desto kleiner ist der Temperaturanstieg. Das Maß des Wärmewiderstands wird bei Kühlkörpern in K/W angegeben.

Nachdem die Verlustleistung ermittelt wurde und wir wissen, was ein Wärmewiderstand ist, wollen wir nun ermitteln, ob ein Kühlkörper benötigt wird. Dazu benötigen wir außer der Verlustleistung die Umgebungstemperatur Tu und den Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Umgebung RthjU.

Tj = (Pv x RthjU) + Tu

Als Ergebnis bekommen wir nun die Sperrsichttemperatur. Nun kann die errechnete Sperrschichttemperatur mit der maximalen Sperrschichttemperatur im Datenblatt verglichen werden. Ist der errechnete Wert kleiner, so wird kein Kühlkörper benötigt. Aber Achtung, ab 70°C kann es durch Berühren des Bauteils zu Verbrennungen kommen.

Es ist natürlich auch möglich, zu berechnen, welche Leistung ohne Kühlkörper möglich ist. Dazu benötigen wir die maximale Sperrschichttemperatur aus dem Datenblatt (oder wir setzen die Temperatur ein, die wir maximal am Bauteil haben wollen), die Umgebungstemperatur sowie den Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Umgebung RthjU.

Pv = (Tjmax-Tu)/RthjU

Wurde durch obige Berechnung festgestellt, dass wir einen Kühlkörper benötigen, können wir nun den benötigten Wärmewiderstand des Kühlkörpers berechnen.

Rthku = (Tj - Tu) / Pv - (RthjG + RthGK)

stromflo