Wie werden die Kühlkörperanforderungen berechnet? Erklärung der Einheit K/W

Ich plane, eine Stromversorgung mit dem LM2596 (variable Spannungsvariante) herzustellen. Im Datenblatt habe ich gelesen, dass der Wirkungsgrad für V IN = 12 V, V OUT = 3 V, I LOAD = 3 A 73% beträgt. Das bedeutet, wenn ich mich nicht irre, dass 3 × 3 / 73 × 27 ≈ 3,33 W als Wärme verschwendet werden.

Wenn ein Kühlkörper mit 20 K/W bewertet wird, bedeutet das, dass für jedes Watt, das als Wärme abgegeben wird, die Temperatur des Kühlkörpers um 20 K ansteigt? Wenn der Kühlkörper richtig angeschlossen ist, ist das der Wert, mit dem ich rechnen sollte, oder ist die Temperatur des Bauteils immer höher als die des Kühlkörpers, sollte ich eigentlich mit z. B. 22 K/W rechnen?

In diesem Beispiel wäre der Temperaturanstieg bei 20K/W also 3,33 * 20 = 66,7K, was noch OK ist, da der Chip laut Datenblatt bis zu 125°C verträgt.

Ist das richtig? Ich mache mir ein wenig Sorgen darüber, dass es mir gut geht, wenn meine Komponente etwa 90 ° C erreicht, obwohl das Datenblatt sagt, dass es in Ordnung ist.

Können Sie mit einer maximalen Umgebungstemperatur von +67 Grad leben? Klingt für mich geröstet. Das Maximum von 125 Grad können Sie mit einer großen Prise Salz ertragen. Überprüfen Sie die maximale Verlustleistung bei 125 Grad und Sie werden etwas Drastisches bemerken. Berücksichtigen Sie auch den thermischen Widerstand der Schnittstelle zwischen dem Kühlkörper und Ihrem Gerät.
@winny danke, der Wärmewiderstand der Schnittstelle ist Teil meiner Frage. Was wäre eine vernünftige Schätzung, wenn das Gerät beispielsweise direkt auf dem Kühlkörper montiert ist? Aus Abbildung 1 des Datenblatts verstehe ich, dass sich die Spannung bei steigender Temperatur nicht wesentlich ändert. Aber wenn es in Anbetracht der umliegenden Komponenten immer noch eine schlechte Idee ist, wäre das eine Antwort auf meine Frage.
Etwa 0,5 K/W? Ich würde auch maximal 90 Grad C für die Komponente anstreben.
EEVblog auf YouTube hat ein ziemlich anständiges Tutorial zur Berechnung von Kühlkörpern erstellt, wenn ich mich recht erinnere. Ich habe alles durchgesehen, von der Berechnung der Wärmeableitung bis hin zur Auswahl eines Kühlkörpers ... Ich kann versuchen, den Link zu finden, wenn Sie möchten? Oder Sie könnten einfach den EEVblog-Kühlkörper in YouTube durchsuchen!
@MCG danke, das war sehr hilfreich. Der Link als Referenz lautet: youtube.com/watch?v=8ruFVmxf0zs
Die tatsächliche Abwärme kann berechnet werden, indem die Lastleistung ermittelt und durch den Wirkungsgrad dividiert wird. Die Lastleistung beträgt 3 x 3,3 oder 9,9 W. Die beteiligte Gesamtleistung beträgt 9,9 / 0,73 oder 13,56 W. Die Abwärme beträgt 13,56 - 9,9 oder 3,66 W. Um die Berechnung andersherum durchzuführen, ergibt 0,73 mal 13,56 gleich 9,9.
@WhatRoughBeast Ich habe versucht, dieselbe Berechnung durchzuführen, aber ich berechne die Lastleistung als 3 x 3 = 9 W, da Vout = 3 V und Iload = 3 A. Habe ich etwas übersehen?
@CamilStaps - Hoppla. Verzeihung. Du hast recht und ich liege falsch. Aus irgendeinem Grund habe ich, als ich 3 Volt sah, es automatisch auf den Standard 3,3 korrigiert. Entschuldigen Sie.
@WhatRoughBeast natürlich kein Problem, die Absicht wird geschätzt.

Antworten (2)

Nur als Referenz, ich werde °C/W verwenden, weil ich es gewohnt bin.

Im Datenblatt Ihres Reglers stehen unter den thermischen Eigenschaften typischerweise zwei Werte.
R θ J A - Übergang zur Umgebung
R θ J C - Verbindung zum Gehäuse

Wenn Sie keinen Kühlkörper verwenden, dann die R θ J A ist der Wert, mit dem Sie berechnen, wie warm der Regler sein wird.
Bei Verwendung eines Kühlkörpers nehmen Sie Ihren R θ J C und fügen Sie dies zu Ihrer Kühlkörperbewertung hinzu (in diesem Fall 20 ° C / W). Denken Sie auch daran, alle anderen Wärmewiderstände hinzuzufügen. Das Wärmeleitpad zwischen dem Gerät und dem Kühlkörper ist ein solches Beispiel.

Jetzt sind diese 22 °C/W in einer perfekten Welt, in der sie eine super perfekte thermische Verbindung haben, also nehmen Sie Ihr Ergebnis als Schätzung und nicht als „Es wird immer 60 °C sein“

Wenn Sie die Temperatur berechnen, gehen Sie zu Recht davon aus, dass dies die Temperatur sowohl der Komponente als auch des Kühlkörpers ist. Denken Sie jedoch daran, dass es einen großen Unterschied zwischen einem TO-220-Gehäuse und einem Aluminiumblock gibt und es einige Zeit dauern wird, bis beide Teile die gleiche Temperatur erreichen.

Bearbeiten: Da ich mich erinnerte, dass ich es zur Hand hatte, hier ist ein Wärmebild einer Leiterplatte, an der ich arbeite. Dies ist etwa 5 Minuten nach dem Einschalten. Beachten Sie, dass die Komponente selbst 43 ° C und auf dem Wärmebild gelb ist, aber das umgebende große Kupfer-Kühlkörperpad für das Gerät ist violett und näher an 20 ° C.

PS - Bitte ignorieren Sie die weißglühende Supernova, die sich von rechts nähert, dies ist ein in Arbeit befindliches Board

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Chip-Datenblatt gibt Ihnen den Wärmewiderstand von der Verbindung zum Gehäuse an, der für ein Gerät auf einem Kühlkörper der Wärmewiderstand zum Kühlkörper ist (oder zumindest zur Geräteseite des Wärmeleitpads, falls vorhanden). ).

Sie versuchen, Wärme von der Verbindungsstelle (dh dem Halbleiter) zur Luft zu bringen, die durch mehrere Widerstände fließt - Verbindungsstelle zum Gehäuse, Gehäuse zum Kühlkörper (dh Wärmeleitpad), Kühlkörper zur Luft. Jede davon wird vom Hersteller des jeweiligen Teils angegeben, und Sie müssen sie addieren und dann mit der durch diesen Widerstand fließenden Leistung multiplizieren.

Abschnitt 11.3 Ihres Datenblatts behandelt „thermische Überlegungen“ und enthält einige echte Diagramme, die auf echten Kühlkörpern basieren. Sie könnten diese verwenden, um Ihre Annahmen zu überprüfen.

(Ich denke, Ihr Kühlkörper ist wahrscheinlich zu klein, aber das ist nur ein Gefühl)

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