Schaltungstechnik

114 2 Entwicklungs- und Analysemethodik
P V
Rth JG
Rth GK
T j T G T K
T = 0K
Rth KU
Bild 2.3-3: Thermische Ersatzschaltung für ein Bauelement im stationären Zustand
Der Wärmewiderstand Rth in K/W charakterisiert den Widerstand für die Wärmeabfuhr
von einer Schnittstelle zu einer anderen. Bei gegebener Verlustleistung
ergibt sich aus dem Wärmewiderstand das Temperaturgefälle. Das Temperaturgefälle
Tj - TG von der aktiven Zone („Junction“) zur Gehäuseoberfläche bestimmt
sich damit aus:
Der Wärmeübergangswiderstand Rth,JG ist aus dem Datenblatt zu entnehmen.
Nimmt die Gehäuseoberfläche nicht die Umgebungstemperatur an, so ist zusätzlich
ein Wärmewiderstand Rth,GU zu berücksichtigen. Der Wärmewiderstand Rth,jU ist
die Summe aus den beiden genannten Wärmeübergangswiderständen.
Für ein Bauelement ohne Kühlkörper findet man den Wärmewiderstand Rth,jU ebenfalls im Datenblatt. Mit Kühlkörper wird der Gesamtwärmewiderstand
Der Wärmeübergangswiderstand Rth,GK liegt typisch im Bereich 0 bis 2K/W. Er
hängt ab von der Oberflächenbeschaffenheit zwischen Gehäuse und Kühlkörper.
Mittels einer Wärmeleitpaste kann Rth,GK klein gehalten werden. Die Wärmeableitung
eines Kühlkörpers wird bestimmt von der Kühloberfläche AK und einem von
der Beschaffenheit eines Kühlkörpers abhängigen Konvektionskoeffizienten .
Es gilt
Der Konvektionskoeffizient beträgt bei ruhender Luft ca. 10 bis 20W/(m 2 Tj – TG PV = ----------------- ;
(2.3-5)
Rth JG
Rth jU = Rth jG + Rth GU;
(2.3-6)
Rth jU = Rth jG + Rth GK + Rth KU;
(2.3-7)
K Rth KU = 1 KAK; (2.3-8)
K K).
Verlustleistung im Pulsbetrieb: Aufgrund der gegebenen Wärmekapazität
eines Körpers kann die Verlustleitung im Pulsbetrieb größer sein, als die maximale
statische Gesamtverlustleistung. Die Wärmekapazität wirkt wie ein Kondensator in
der elektrischen Ersatzanordnung. Ähnlich wie der Kondensator keine schnellen
Spannungsänderungen zulässt, verhindert die Wärmekapazität schnelle Tempera-
T U
Umgebung