Hallo, ich möchte gerne die Wärmeentwicklung eines MOSFETs berechnen, weiß aber nicht so recht wie ich das anstellen soll, da etwas arg krasse Werte rauskommen, wenn ich es so mache wie ich es dachte, dass es gemacht wird. Vielleicht kann mir jemand von euch helfen. Ich habe den MOSFET IPB036N12N3. Laut Datenblatt hat dieser eine Wärmewiderstand zwischen junction - case, R_thJC = 0,5 K/W und zwischen junction - ambient, R_thJA = 62 K/W. Hier ist meine erste Frage: was genau sind das für Stellen? Ist Junction die Löststelle? Ich habe es so aufgefasst, dass das eine der Wärmewiderstand zwischen Lötstelle und Gehäuse ist, und das andere der zwischen Lötstelle und Umgebung. Wenn ich jetzt meine Verlustleistung bei meiner Anwendung berechne, komme ich insgesamt auf eine Leistung = = 15,9W, zusammengesetzt aus den Schaltverlusten und den Durchlassverlusten. Ich hätte jetzt die Wärmewiderstände als eine Serielle Schaltung betrachtet und einfach berechnet: T_JC = R_thJC * P = 0,5K/W * 15,9W = 7,95K. Dies wäre noch ein durchaus guter Wert. T_JA = R_thJA * P = 62K/W * 15,9W = 985,5K. Dieser Wert scheint mir arg unrealistisch. Mir ist zwar durchaus klar, dass ich über meinen MOSFETs wohl einen Kühlkörper benötige, jedoch ist mir der Wert etwas sehr unrealistisch hoch. Für die Endgültige Erwärmung hätte ich T_JC und T_JA zusammengezählt. Aber mit einem so unrealistischem Wert für T_JA spare ich mir vorerst den Schritt und würd eerne wissen, ob mir jemand von euch weiterhelfen kann. Zu erwähnen ist vielleicht noch, dass ich keine exakten Werte benötige, lediglich eine Überschlagsrechnung um ungefähr die Wärmeentwicklung abschätzen zu können. Für eine exakte Berechnung müsste ich den Widerstandswert R_DSon des MOSFETS, welchen ich verwendet habe ständig der Temerpatur anpassen etc. Darauf würde ich aber gerne verzichten, wie gesagt, eine einfache, grobe Abschätzung würde genügen.
Tom schrieb: > Wenn ich jetzt meine Verlustleistung bei meiner Anwendung berechne, Wie gerechnet, was für eine Anwendung?
Tom schrieb: > junction - case, R_thJC = 0,5 K/W und zwischen Ist der Widerstand zwischen Chip und Gehäuse Tom schrieb: > junction - ambient, R_thJA = 62 K/W. Ist der Widerstand zwischen Chip und Umgebung ohne zusätzliche Kühlung. Tom schrieb: > komme ich insgesamt auf eine Leistung = = 15,9W Du brauchst also einen Kühlkörper. Rechne noch (überschlagsmäßig) 0,2 - 0,5 K/W als Übergang von Gehäuse zu Kühlkörper dann solltest du zum Beispiel für eine Chiptemperatur von max. 45° über Umgebungstemperatur einen Kühlkörper mit < 2K/W haben.
Hallo! Deine Werte sind realistisch. R_thJC ist zwischen Halbleiterkristall und Gehäuse, R_thJA ist zwischen Kristall und Umgebung (also ohne Kühlkörper). Bei Kühlkörperbetrieb hast du neben R_thJC noch den Übergang zum KK (bsp Glimmer oder Wärmeleitpaste) und dann noch den Wärmewiderstand des KK zur Umgebung. zu langsam...
Du hast eine Reihenschaltung von R_thJC und dem Wärmewiderstand Gehäuse-Umgebung (also hier von deiner Platine). Parallel dazu liegt R_thJA. Aber du kannst mit diesem SMD-Gehäuse keine 16W Dauerverlustleistung abführen. Dafür müsstest du mindestens einen Rth von (175°C-50°C)/16W=7,8 K/W erreichen.
Georg W. schrieb: > Aber du kannst mit diesem SMD-Gehäuse keine 16W Dauerverlustleistung > abführen. Dafür müsstest du mindestens einen Rth von > (175°C-50°C)/16W=7,8 K/W erreichen. Wie meinst du das? Georg W. schrieb: > Du hast eine Reihenschaltung von R_thJC und dem Wärmewiderstand > Gehäuse-Umgebung (also hier von deiner Platine). Parallel dazu liegt > R_thJA. Wenn der Widerstand R_thJC parallel zu R_thJA liegt, kann man dann nicht einen Gesamtwärmewiderstand 1/R_thGES = 1/R_thJC + 1/RthJA und somit R_thGES = 0,496 berechnen, was dann nur noch eine Temperaturerwärmung um 8K im Vergleich zur Aussentemperatur zur Folge hat (wobei man natürlich berücksichtigen müsste, dass sich die Ausßentemperatur dadurch auch erwärmt und somit der MOSFET auch wieder wärmer wird und es sich so langsam weiter steigert bis zu einer gewissen Grenze) ?
Route 66 schrieb: > R_thJC ist zwischen Halbleiterkristall und Gehäuse, R_thJA ist zwischen > Kristall und Umgebung (also ohne Kühlkörper). Würde das nicht bedeuten, dass in R_thJA der Widerstand R_thJC bereits enthalten ist? Wenn der eine zwischen Kristall und Gehäuse und der andere zwischen Kristall und Umgebung ist?
Tom schrieb: > kann man dann nicht > einen Gesamtwärmewiderstand 1/R_thGES = 1/R_thJC + 1/RthJA und somit > R_thGES = 0,496 berechnen, Theoretiker. Was bitte bringt dir das 1%? Die Fehler durch unterschiedliche Konvektion liegt eh im 10 - 100% Bereich
Udo Schmitt schrieb: > Was bitte bringt dir das 1%? > Die Fehler durch unterschiedliche Konvektion liegt eh im 10 - 100% > Bereich Sorry, die Aussage check ich mal garnicht ... Welches 1% meinst du?
Tom schrieb: > Wenn der Widerstand R_thJC parallel zu R_thJA liegt, kann man dann nicht > einen Gesamtwärmewiderstand 1/R_thGES = 1/R_thJC + 1/RthJA und somit > R_thGES = 0,496 berechnen, was dann nur noch eine Temperaturerwärmung um > 8K im Vergleich zur Aussentemperatur zur Folge hat (wobei man natürlich > berücksichtigen müsste, dass sich die Ausßentemperatur dadurch auch > erwärmt und somit der MOSFET auch wieder wärmer wird und es sich so > langsam weiter steigert bis zu einer gewissen Grenze) ? Wenn der Wärmewiderstand zwischen Gehäuse und Umwelt 0 ist, ja. Du solltest dich mal grundlegend in die Materie einarbeiten.
Der Waerme Uebergangswiderstand eines passiven Kuehlkoerpers in den Spezifikationen bezieht sich mit den Rippen vertikal, unten und oben einen fuss frei, sodass die Luft ungehindert durchstroemen kann. In Realitaet ist das natuerlich so nicht gegeben, so dass der urspruengliche Waermewiderstand auf's zehnfache anwachsen kann.
Hallo! @immer ein neuer Name (ich habe keine Kyrillische Tastatur) Hinzu kommt noch die Nichtlinearität des Wärmewiderstandes zwischen KK und Umgebung. Die Konvektion ist bei hoher Temperaturdifferenz stärker. Wenn der KK wärmer wird nimmt also der Kühleffekt durch Konvektion ab. Gleichzeitig steigt die Wärmeabgabe durch Strahlung. Dann ist die Oberflächenbeschaffenheit wichtig. In der Theorie wird also so dimensioniert, daß genügend Reserve ist. Für Serienprodukte macht man auch gerne Messserien um nicht unnötig Material und Platz zu vergeuden. Für ausreichend Geld gibt es auch Simulationssoftware.
Ich muss das ganze aber nicht auslegen oder sonstwas, darum muss ich das ganze nicht so großartig im detail wissen/ausrechnen. Ich bin nur für die schaltung mit den MOSFETs verantwortlich. Um den Kühlkörper etc. kümmert sich jemand anderes. Ich muss in meiner Arbeit nur eine GROBE abschätzung einbringen, wie stark sich der MOSFET UNGEFÄHR erwärmt. Eine genaue Berechnung ist die Aufgabe von jmd anderem. Also ich würde gerne ohne großartig irgendetwas zu simulieren oder sonstwas, einfach nur wissen, (ob und wenn ja) wie man mit den beiden gegebenen Thermischen Widerständen GANZ GROB die Erwärmung der MOSFETS abschätzen kann, wenn nicht gekühlt wird. Wie gesagt, die exakte Berechnung der entstehenden Wärme und der Auslegung des Kühlkörpers ist nicht meine Aufgabe.... Trotzdem Danke für eure Hilfe!
@ Tom (Gast) >kümmert sich jemand anderes. Ich muss in meiner Arbeit nur eine GROBE >abschätzung einbringen, wie stark sich der MOSFET UNGEFÄHR erwärmt. Siehe Kühlkörper.
Also die Erwärmung des Mosfets ohne Kühlkörper, ja? Das ist recht einfach. Du brauchst dann hierbei den thermischen Widerstand zwischen Sperrschicht (engl. Junction) und Umgebung (engl. Ambient). Der setzt sich zusammen aus dem Widerstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse (engl. Case) und dem Widerstand Gehäuse und Umgebung. Außerdem brauchst du noch die Leistung, die im Mosfet umgesetzt wird. Das musst du aus deiner Schaltung ja wissen. Nehmen wir mal an du würdest 20 A fließen lassen und dein Mosfet wäre voll aufgesteuert und hätte hierbei 86 mΩ Widerstand zwischen Drain und Source dann wäre die umgesetzte Leistung:
EDIT: Pmos=I^2*R=20^2*0.086*A^2*Ω=34.4W Es sind also 34.4 W die über den Wärmewiderstand an die Umgebung abgegeben werden müssen. Nehmen wir nun mal ein TO220-Gehäuse an, diese haben idR einen Wärmewiderstand zwischen Gehäuse und Umgebung von um die 60 K/W dann berechnet sich die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungstemperatur und Sperrschichttemperatur zu
EDIT: dT=Rthja*Pmos=60K/W*34.4W=2064K Würde also bedeuten ohne Kühlkörper erwärmt sich die Sperrschicht auf 2064K über der Umgebungstemperatur. Der, der den Kühlkörper nun dimensionieren muss muss ihn also so auslegen, dass die Sperrschichttemperatur nicht den maximal zulässigen Wert aus dem Datenblatt erreicht (150°C sind da üblich). Für ihn ist u.a. der Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse wichtig, das stellt die untere Grenze da. EDIT: Warum gehen denn die Formeln in Latex-Style nicht? Kann sich da mal bitte ein Mod erbarmen?
@Tom (Gast) >Wenn der Widerstand R_thJC parallel zu R_thJA liegt, kann man dann nicht >einen Gesamtwärmewiderstand 1/R_thGES = 1/R_thJC + 1/RthJA und somit >R_thGES = 0,496 berechnen, was dann nur noch eine Temperaturerwärmung um >8K im Vergleich zur Aussentemperatur zur Folge hat (wobei man natürlich Jein. Ja deswegen, weil in der Wärmewiderstandsberechnung dieselbe Methode verwendet wird wie bei ohmchen Widerständen. Nein aber deswegen, weil dieser resultierende Unterschied marginal ist (tut in der Praxis die Rechnung ohnehin nicht zu supergenauen Ergebnissen führt, wegen zu vieler Unwägbarkeiten/Toleranzen). Und zweitens ein Nein, weil R_thJC und R_thJA nicht auf voller Länge parallel liegen, weil sich erst innerhalb der Kühlfahne/-Platte sich die Wärmeströme so langsam aufteilen richtung C bzw. A (J, C, A bedeuten übrigens Junction (Sperrschicht), Case (Gehäuse) und Ambiente (Umgebung), falls Dir das noch nicht aufgegangen sein sollte). Auch liegt an der Kühlfahne der Kühlkörper an, steht an der Stelle also nicht mehr im Sinne von R_thJA zur Kühlung zur Verfügung. Du hättest also eher so eine Widerstandsanordnung, wobei die Grenze zw. links und rechts wohl eher als fließend zu betrachten sind: _ ---|___|--- A _ | J ---|___|--+ | _ ---|___|--- C (ausen an Grenzfläche zum KK) >berücksichtigen müsste, dass sich die Ausßentemperatur dadurch auch >erwärmt und somit der MOSFET auch wieder wärmer wird und es sich so >langsam weiter steigert bis zu einer gewissen Grenze) ? Die Erwärmung der Ausentemperatur in unmittelbarer Nähe des Transis bzw. KK steckt schon in den R_th-Angaben von Transi und KK drin. Wenn Du dagegen Geäuseinnentemperatur meinst, die sich dann auf irgendeine Temperatut höher als Umgebungstemperatur einstellt, dann mußt Du das als Ambienttemperatur einsetzen. Aber wie schon gesagt, ist das eher nur von akademischem interesse, weil der eine Anteil ohnehin eher irrelevant ist (genau so, wie wenn Du zu einem 1k Widerstand nochmal 1M parallelschaltest), und weil Wärmewiderstandsberechnungen ohnehin als ziemlich ungenau anzunehmen sind (also sollte ohnehin mit reichlich sicherheit gerechnet werden). >kümmert sich jemand anderes. Ich muss in meiner Arbeit nur eine GROBE >abschätzung einbringen, wie stark sich der MOSFET UNGEFÄHR erwärmt. Eine >genaue Berechnung ist die Aufgabe von jmd anderem. Also ich würde gerne Wie Du jetzt erkennen müsstest, ist das Quark, weil so eine Berechnung nur auf dem Papier genau ist, und in der Praxis dann ohnehin mit hoher Wahrscheinlich eine zweistellige prozentuale Abweichung haben wird. Denn der KK mit seiner Umgebung, bzw. die Anbringung/Verteilung der Transis auf dem KK bewirken dann eine kräftige Vergrößerung des KK-Widerstands - je nach Fall. Auch ist die Formel für den R_th so simple wie die ohmsche Berechnung, so daß man es auch gleich exakt ausrechnen kann, und schlägt dann je nach Erfahrung oder Gefühl eine ordentliche Sicherheit mit drauf. Oder man mißt die Temperaturverhältnisse dann am lebenden Prototypen, und korrigiert dann entsprechend, wenn man aufgrund mangelnder Kennwerte zum Wärmeverhalten des Systems KK/Gehäuse/Innenluft/Konvektionen/Verwirbelungen/... keine Nummer sieht. Ansonsten - der ganze theoretisch allgemeine Formelkram ist oben in Falks Link zu finden.
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