Elektrotechnik und Elektronik

Transistor-Temperatur- und Kühlkörperrechner

Schätze Sperrschichttemperatur, Temperaturreserve, maximale Verlustleistung und erforderlichen Kühlkörper-Wärmewiderstand.

Deine Eingaben

Deine Ergebnisse

Geschätzte Sperrschichttemperatur: —

Temperaturreserve: —

Temperaturanstieg: —

Geschätzte maximale Verlustleistung: —

Maximaler Kühlkörper-Wärmewiderstand: —

Formel—

Sperrschichttemperatur abschätzen und Kühlkörper-Wärmewiderstand vergleichen

Schätzen Sie die stationäre Sperrschichttemperatur eines Transistors oder eines anderen Bausteins mit bekannter Verlustleistung ab. Wählen Sie ein Modell des Gehäuses ohne Kühlkörper oder einen Wärmeweg in Reihe über Gehäuse, Montageschnittstelle und Kühlkörper. Vergleichen Sie Temperaturanstieg, Reserve und maximale modellierte Verlustleistung. Die Berechnung simuliert weder transiente Erwärmung noch thermische Kopplung zwischen Bauteilen oder parallele Wärmewege durch die PCB.

Schritt für Schritt

Wählen Sie mit oder ohne Kühlkörper und geben Sie die Verlustleistung des Bausteins in W ein. Verwenden Sie die im Baustein erzeugte Wärme und nicht die an die Last abgegebene Leistung. Ein Link vom MOSFET-Rechner kann dessen Transistorverlustschätzung vorab eintragen; prüfen Sie diesen Wert für die beabsichtigten Betriebsbedingungen.
Geben Sie die Umgebungstemperatur und die gewählte Sperrschichttemperaturgrenze in °C ein. Geben Sie ohne Kühlkörper den Wärmewiderstand von der Sperrschicht zur Umgebung θJA ein. Geben Sie mit Kühlkörper die Wärmewiderstände von der Sperrschicht zum Gehäuse θJC, vom Gehäuse zum Kühlkörper θCS und vom Kühlkörper zur Umgebung θSA in °C/W ein.
Lesen Sie Sperrschichttemperatur, Temperaturanstieg und Reserve gemeinsam ab. Vergleichen Sie den eingegebenen Kühlkörper-Wärmewiderstand mit dem maximal berechneten zulässigen Wert. Ändern Sie Verlustleistung, Umgebungstemperatur oder Wärmewiderstand, um das Ergebnis zu untersuchen, und planen Sie anschließend eine geeignete Betriebsreserve ein und prüfen Sie den tatsächlichen Aufbau.

Einstellungen und Grenzen

Wärmeweg und Umgebung: Das Modell ohne Kühlkörper verwendet θJA; der Kühlkörpermodus summiert θJC + θCS + θSA. Die Sperrschichttemperatur entspricht der Umgebungstemperatur plus Verlustleistung mal Gesamtwärmewiderstand. Verwenden Sie die lokale Umgebungstemperatur beim Betrieb nahe dem Aufbau. Der Wärmewiderstand hängt von Gehäuse, PCB, Montageschnittstelle, Luftströmung und Einbau ab; ein Datenblattwert erfordert passende Bedingungen.
Sperrschichtgrenze und Leistungsreserve: Die Sperrschichtgrenze ist ein von Ihnen gewählter Wert, kein aus einer Teilenummer abgeleiteter Grenzwert. Die Reserve ist diese Grenze minus geschätzte Sperrschichttemperatur. Die maximale modellierte Verlustleistung entspricht dem verfügbaren Temperaturanstieg geteilt durch den Gesamtwärmewiderstand und wird auf null begrenzt, wenn die Umgebungstemperatur bereits über der Grenze liegt.
Erforderlicher Kühlkörper-Wärmewiderstand: Der maximal zulässige θSA beträgt (Sperrschichtgrenze − Umgebungstemperatur) / Verlustleistung − θJC − θCS. Ein niedrigerer positiver θSA ergibt in diesem Modell einen kleineren Temperaturanstieg. Der erforderliche Wert ändert sich mit Umgebungstemperatur und Leistung; er wählt keinen Kühlkörper aus und berücksichtigt kein weiteres Bauteil, das denselben Kühlkörper nutzt.

Durchgerechnetes Beispiel

Wählen Sie den Kühlkörpermodus mit 5 W Verlustleistung, 40 °C Umgebungstemperatur und 125 °C Sperrschichtgrenze. Geben Sie θJC = 2 °C/W, θCS = 0.5 °C/W und θSA = 10 °C/W ein. Der Gesamtwärmewiderstand beträgt 12.5 °C/W, der Temperaturanstieg 62.5 °C und die Sperrschichttemperatur 102.5 °C.

Erwartetes Ergebnis
θ	TJ	ΔT	Tlimit − TJ	Pmax
θSA = 10 °C/W	102.5 °C	62.5 °C	22.5 °C	6.8 W
θSA = 20 °C/W	152.5 °C	112.5 °C	−27.5 °C	3.77778 W
θJA = 20 °C/W	140 °C	100 °C	−15 °C	4.25 W

Die Reserve beträgt 22.5 °C, die maximale modellierte Verlustleistung 6.8 W und der maximale Kühlkörper-Wärmewiderstand 14.5 °C/W. Wird nur θSA auf 20 °C/W geändert, ergibt sich eine Sperrschichttemperatur von 152.5 °C und eine Reserve von −27.5 °C. Ohne Kühlkörper würde ein eingegebener θJA von 20 °C/W bei gleicher Leistung und Umgebungstemperatur stattdessen 140 °C Sperrschichttemperatur ergeben.

Fragen und Fehlerbehebung

Kann ich einen θJA-Datenblattwert für jede PCB wiederverwenden?

θJA umfasst die Wärmeübertragung durch die angegebene Platine und ihre Umgebung und ist daher keine universelle, nur auf das Gehäuse bezogene Konstante. Verwenden Sie einen für Ihre PCB, Luftströmung und Ihr Gehäuse begründeten Wert oder charakterisieren Sie den Aufbau. Änderungen an der Kupferfläche der Platine oder benachbarten Wärmequellen können den effektiven Wärmeweg verändern.

Was bedeutet, dass kein passiver Kühlkörper mit endlichem Wärmewiderstand geeignet ist?

Der verbleibende zulässige Kühlkörper-Wärmewiderstand ist null oder negativ, nachdem die Anteile von Sperrschicht zu Gehäuse und an der Schnittstelle das Temperaturbudget aufgebraucht haben. Eine Verbesserung allein des Kühlkörpers kann diese modellierten Eingaben mit einem endlichen positiven Widerstand nicht erfüllen. Verringern Sie Leistung oder Umgebungstemperatur, verbessern Sie die anderen Anteile des Wärmewegs oder überprüfen Sie den begründeten Grenzwert.

Warum wird bei einer Verlustleistung von null kein erforderlicher Kühlkörper angegeben?

Ohne Wärmeerzeugung entspricht die Sperrschichttemperatur in diesem stationären Modell der Umgebungstemperatur, und es lässt sich kein leistungsabhängiger Kühlkörper-Wärmewiderstand berechnen. Die Umgebungstemperatur muss weiterhin mit der Sperrschichtgrenze verglichen werden. Das Werkzeug akzeptiert eine Verlustleistung von null, verlangt aber einen positiven Gesamtwärmewiderstand.