Schaltungstechnik

2.3 Wärmeflussanalyse 113
Temperatur TU in einem gewissen Abstand vom Gehäuse abgeführt. Dabei spielt
die Wärmeleitfähigkeit zwischen „Junction“ und Gehäuse, sowie zwischen
Gehäuse und Umgebung eine entscheidende Rolle. Der Wärmewiderstand Rth,jG ist gleich der Temperaturdifferenz zwischen der aktiven Zone Tj und dem Gehäuse
TG bezogen auf die abführbare Verlustleistung PVmax . Die abführbare zulässige
Verlustleistung PVmax ergibt sich nach Bild 2.3-2 bei TG > TN aus :
Tjmax – TG PVmax = PVN -------------------------- ;
(2.3-1)
Tjmax – TN Die Wärmeabfuhr lässt sich durch einen eventuell vorhandenen Kühlkörper verbessern.
Mit Kühlkörper erhält man man einen geringeren Wärmewiderstand
Rth,jU . Die Wärmeabstrahlung kann u.a. begünstigt werden durch eine schwarze
Oberfläche. Zur Verbesserung der Konvektion ist eine Gebläse- oder Wasserkühlung
vorteilhaft.
Thermische Ersatzschaltung im stationären Zustand: Im stationären
Zustand ist die Verlustleistung PV konstant. Beim Transistor ist die Verlustleistung
im Arbeitspunkt näherungsweise
A A PV = UCE IC ;
(2.3-2)
durch das Produkt der Ausgangsspannung UCE und dem Strom IC im Arbeitspunkt
gegeben. Der Wärmeübergangswiderstand Rth,JU von der aktiven Zone des Halbleiterelementes
zur Umgebung bestimmt bei gegebener Umgebungstemperatur TU die Temperatur Tj im Innern des Halbleiters.
Tj = TU + PV Rth jU;
(2.3-3)
Bei maximaler Umgebungstemperatur TUmax und der gegebenen Gesamtverlustleistung
muss gelten:
Tjmax TUmax + PV Rth jU;
(2.3-4)
damit der Grenzwert Tjmax nicht überschritten wird. Für den Wärmetransport gelten
folgende Entsprechungen einer elektrischen Ersatzanordnung nach Bild 2.3-3:
Wärmetransport Elektrische Ersatzanordnung
Verlustleistung P V
Strom I
Temperatur T Spannung U
Wärmewiderstand R th
Wärmekapazität C th
Widerstand R
Kapazität C
Daraus lässt sich eine thermische Ersatzanordnung für ein Bauelement angeben. Im
stationären Zustand kann die Wärmekapazität entfallen.