Hilfe - Kühlkörperberechnung

mit Wärmeleitpaste ohne Isolierung

Ich bin ja auch kein Experte, aber der Kühlkörper kann doch nicht kälter sein als die Umgebung. Du musst dich wohl auf einen Wert festlegen. Dann hast du eine Serienschaltung von 3 Thermischen Wiederständen. Über das Gehäuse weisst du nichts. Ich würde einen Kühlkörper wählen, das Ding laufen lassen und messen.

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Gruß Stefan

"Oliver Wache" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@individual.net...

11,31V Spitze

- 2 * 1 V

Bei 1 A Laststrom faellt an ihm die Spannung in jeder 1/100 Sekunde von 9.4V auf 7.28V

richtig, da sogar nur im Mittel 8.34V anliegen, reicht es sogar mit 3.24W weiterzurechnen, aber egal, Sicherheitsmarge.

Da brauchst du aber einen Kuehlschrank fuer, ansonsten kann der KK nicht unterhalb der Umgebungstemperatur haben.

Also ist der Chip 13 GradC waermer als dessen Kuehlkoerperlasche.

Also muesste der Kuehlkoerper zumindest unter 112 GradC blieben.

Ich wuerd mal die Chiptemperatur bei 100 und die Umgebungstemperatur bei

40 ansetzen, dann reicht fuer 4.3 Watt ein Waermewiderstand um 10 K/W, davon gehen 3K/W fuer den IC, 0.5K/W fuer die Waermeleitpaste drauf, bleiben 10K/W fuer den Kuehlkoerper, also ein reicheltscher V4330F, wenn er richtig montiert ist (senkrecht, freie Luft mit Kamineffekt).

Ja, der Kuehlkoerper wird ueber 80 GradC heiss, das muss er auch, damit er genuegend Luftdurchsatz produziert.

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[...]

Kann nicht gehen, ausser du verwendest ein Peltier-Element und kühlst den Kühlkörper...

Tj

Bei der Dimensionierung mit Rsa=16.5K/W wird dein Kühler übrigens Ts=110°C heiss, also Pfoten weg.

Gruss

Claudius

Hallo Oliver,

Oliver Wache schrieb:

[...]

woher kommt diese Spannung? Von deinem Trafo mit 8V Sekund=E4rwicklung wohl kaum. Ich komme da auf ca. 11V.

Flie=DFt dieser Strom auch im Kurzschlussfall?

bei 11V Ue komme ich demnach auf ca. 6W. Wenn der Strom auch im Kurzschlussfall flie=DFt betr=E4gt die max. Verlustleistung im Regler 11W (obwohl der L200 AFAIK eine Kurzschlussabschaltung besitzt).

iben)

Wie Stefan schon schrieb: Wie soll das bei 40=B0C Umgebungstemperatur gehen?

Gehen wir mal von den 6W aus, und lassen eine Chiptemperatur von 90=B0C z= u (ohne den L200 zu kennen, dehalb korrekten Wert bitte einsetzen).

Dann darf die Differenz zwischen Chip und Umgebung also max.

90=B0C - 40=B0C =3D 50K betragen.

Damit erh=E4lt man 50K / 6W =3D 8,3K/W f=FCr den gesamten W=E4rmewidersta= nd.

abz=FCglich 3K/W f=FCr Rthj-Case und nochmal 1K/W f=FCr den =DCbergang zw= ischen Geh=E4use und KK. Dann sollte der KK =FCberschlagsm=E4=DFig 4K/W haben.

Alles jedoch ohne Gew=E4hr und nur Pi mal Daumen. K=F6nnte sein, dass ich=

etwas vergessen habe. Habe solche Berechnungen schon einige Jahre nicht mehr ben=F6tigt ;-)

Zu ber=FCcksichtigen ist dabei auch die Spannungs=E4nderung der Sekund=E4rwicklung und der Luftaustausch im Geh=E4use und mit der Au=DFenwelt!

ch

Kommt auf die Schaltung an. 4700uF sind allerdings schon sehr =FCppig f=FC= r Nicht-Audio.

k

ciao

Marcus

"MaWin" schrieb:

Macht es so nem Trafo eigentlich was aus, wenn er auf der Sekundärseite nur einseitig belastet wird und die 2 Seite nicht beschaltet wird? Oder wäre es dann besser, beide Seiten parallel zu schalten?

Ich habe jetzt auch hoch gegriffen. Im Sommer wird es in meiner Wohnung nie über 35 Grad. Zur Not stelle ich das Gerät zum Laden in den Keller. Da sollten dann nicht über 20 Grad sein.

Geht das nicht kühler? Ich würde gerne ein geschlossenes Gehäuse verwenden. Ansonsten müsste ich da Löcher über den Kühler bohren. Wäre schade um das schöne Alugehäuse. Aber das wird wohl nichts, da ja noch mehrere solcher Schaltungen ins Gehäuse sollen. U.a um Bleigel zu laden. Da habe ich dann ja noch mehr Verluste. Ich denke mal, daß es am Ende etwa 5-6 solcher Schaltungen im Gehäuse werden.

CU, Oliver

"Oliver Wache" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@individual.net...

Wenn das eine Thermoskanne ist, schmilzt dein Ladegeraet, ob mit oder ohne Kuehlkoeprer, denn die GESAMTE Netztrafoleistung muss an die Umgebnug abgefuehrt werden, sonst wird es immer heisser.

Musst du so oder so, wenn du nicht den Waermewiderstand des Gehaeuses kennst.

Immerhin ist es aus Alu, also ist dessen Waermewiderstand wohl eher klein.

Aber wohl Entweder-Oder und nicht gleichzeitig.

Mach ein grossen Loch ins Gehaeuse, schraub als dessen Deckel aussen ans Gehaeuse einen grossen platten Kuehlkoerper, und montier die warmen Bauteile innen dran.

So lange es nur um sein erstes Problem geht, reicht es, den L200 direkt von innen an des Gehaeuse zu schrauben, denn das wird weniger als 10K/W haben. Ob es allerdings unter 45 GradC bleibt und somit sicher anzufassen, muss man im Einzelfall entscheiden.

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"Oliver Wache" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@individual.net...

Egal wie du das anstellst, ohne Lüfter im Gehäuse wird das Ding überhitzen. Aber du darft das mit der Temperatur nicht so eng sehen. Es macht überhaupt nix, wenn der L200 70 Grad oder 80 Grad hat. Solange man nicht dranfasst, schadet das niemanden...

Sven

Marcus Woletz schrieb:

Das habe ich mir von einem kleinen aber feinen Progrämmchen ausrechnen lassen. Ich denke mal, daß es richtig rechnet, da MaWin nicht widersprochen hat ;-) Es kommt ja noch der Spannungsabfall der Dioden, die Glättung und der Sicherheitszuschlag dazu. Wenn man das alles abzieht, dann passt das schon einigermaßen. Allerdings bekomme ich jetzt auch ca. 9,5 Volt raus.

Kurzschlussfest ist das Ganze noch nicht, außer intern vom L200. Verpolsicher auch nicht. Dafür muß ich mir noch was einfallen lassen.

Ein anderes Programm zur Berechnung des L200 sagt mir eine KK-Temperatur von ca. 48°C voraus, wenn ich einen KK mit 3K/W nehme. Allerdings ist das dann schon ein mächtiger Brummer. Die 80°C von MaWin scheinen da bei einem 10K/W Modell realistischer zu sein.

Davon dann die Spannungregler.xls nehmen.

So langsam komme ich dahinter, wie das gerechnet wird. Dann stimmt die Berechnung mit der Appnote von OnSemi am Ende doch. Danke!

CU, Oliver

"MaWin" schrieb:

Leider nicht.

Kann auch mal gleichzeitig passieren. Aber wohl eher sehr selten.

Wie sieht die Berechnung dann eigentlich aus, wenn man einen riesigen Kühlkörper nimmt und dort mehrere Halbleiter dranschraubt? Die Größe sollte aber 550 x 90 mm nicht überschreiten. Gibt es da auch Abstände der Bauteile zueinander zu beachten?

Ich glaube, das hat sich dann bei nem großen KK eh erledigt. Ich habe mir mal nen Katalog von Fischer kommen lassen. Die habe da bestimmt was schönes. Das Programm für KK Berechnung von denen hast Du nicht zufällig?

CU, Oliver

"Marcus Woletz" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@gmx.de...

Grob falsch. Die Spannung am Elko faellt in jeder 1/100 Sekunde Halbwelle von 9.4V auf 7.28V, WENN der Elko denn seine Nennkapazitaet (5000uF angenommen) hat und 1 A gezogen wird. Dahinter kommt ein L200 der auf 5.1V regeln soll. Da der L200 bei 1A immer weniger als 2V drop out Spannung haben soll, (aber es ist unklar ob das Diagramm typische oder maximale Werte zeigt) kommt er mit 7.1V aus. Es verbleiben also gerade 0.18V. Sinkt die Kapazitaet des Elkos durch Alterung auf 4300uF, faellt die Spannung am L200 jede 1/100 Sekunde auf zu niedrige Werte, und die Spannungsausfaelle schlagen auf den Ausgang durch.

Von 4700 auf 4300 ist nicht gerade viel Platz. Bei -10% oder -20% Toleranz kann das schon bei einem neuen Elko erreicht sein. Der Elko ist also DEUTLICH ZU KLEIN, ich wuerde 10000uF (2*4700uF/16V) installieren damit auch mit halb ausgetrockneten Elkos das Geraet noch laeuft.

Also Markus: Nicht aus der Luft gegriffenes rumpupen, sondern nachrechen !

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Für die Berechnung entscheidend ist die Umgebungstemperatur des Kühlkörpers. Wenn der in einem Gehäuse sitzt, wirds da drin natürlich warm. Mawins Rechnung basierte auf 40°C im Gehäuse. Das wirst du ohne Luftlöcher sicherlich nicht hinbekommen bei 35°C Raumtemperatur.

Denk auch daran, daß die Abwärme des L200 nicht die einzige ist, die aus dem Gehäuse raus muß. Der Trafo, die Gleichrichterdioden und der Strommeßwiderstand am L200 erzeugen auch Abwärme.

Alugehäuse kann man praktischerweise gleich als Kühlkörper verwenden (allerdings muß man die Halbleiter meist isoliert montieren). Wenn der Wärmewiderstand des nackten Gehäuses zu groß ist, tauscht man eine oder mehrere Gehäusewände durch Kühlprofile, notfalls schraubt man ein "normales" Kühlprofil aufs Gehäuse.

XL

Typischerweise wird die Kühlleistung eines Kühlkörpers besser, wenn mehrere Wärmequellen drauf sitzen statt nur einer. Details weiß das ausführliche Datenblatt des Herstellers. Bei Kühlprofilen kann man das gut sehen. Ein Profil doppelter Länge hat einen höheren Wärme- widerstand als zwei einfacher Länge "parallel geschaltet". Das kommt eben daher, daß normalerweise eine punktförmige Wärmequelle in der Mitte des Profils angenommen wird. Mit zwei Wärmequellen bei 1/4 und

3/4 der Länge hat man praktisch zwei halb lange Kühlkörper in Parallelschaltung.

Du kannst die ganze Rechnerei analog zur elektrischen machen. Statt des elektrischen Potentials hast du die Temperatur, statt des elektrischen Stroms die abzuführende Wärmeleistung.

Mit deinem L200 bekommst du:

Chip Kühlfahne Kühlkörper Luft im | | Nähe Kühlfahne Gehäuse | | | |

-- 6W --> O----[R_th_jc]---*---[R_th_m]---*---[R_th_k]---O 3K/W 0.5K/W ??? | | | | 100°C 40°C

Bei mehreren Halbleitern sind jeweils mehrere R_th_jc und R_th_m parallel geschaltet und jeder Halbleiter hat seine eigene Wärmeleistung. Identische Wärmequellen kannst du dann als Parallel- schaltung zusammenfassen. Aus 2 der obigen wird dann eine mit R_th_jc = 1.5K/W, R_th_m = 0.25K/W und P = 12W.

XL

"Oliver Wache" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@individual.net...

[...] Kühlkörperberechnung

Hallo Oliver,

da du ein Alugehäuse verwendest, könntest du deine L200 direkt mit dem Alugehäuse verschrauben. Dann wirkt das Gehäuse (je nach Bauform) bereits als Kühlkörper. Wenn das nich reicht, kann man auch einen Kühlkörper von außen an das Gehäuseblech schrauben. Das ist zwar nicht so gut wie ein frei stehender großer Kühlkörper, da zusätzlich der Übergangswiderstand Gehäuse-Kühlkörper hinzu kommt, spart aber Platz im Gehäuse und ist oftmals ausreichend.

Gruß, Alexander

:-)). Ich finds subtil falsch. Einschalten - geht, daraus den Schluss ziehen, dass es in einem Jahr immer noch geht...

7.28V,

gezogen

Obige Rechnung geht von 4700uF (nicht 5000uF aus), sowie von einem Stromflusswinkel von Null. Bei realistischeren 8 ms bleiben dann etwa 8.2 V. Klar, immer noch zu wenig, keine Alterungsreserve, kein nix. Erklärt aber vielleicht, warum Schaltung "geht". Vielleicht reisst einem auch die 230V am

220V-Trafo raus ;-).

Full ACK.

Rechenfaule können auch simulieren, mit LTspice etwa, geht gar nicht so schlecht für solche Fälle. Trafoinnenwiderstand nicht ganz einfach, dafür werden Dioden recht gut approximiert (was man "von Hand" meist nicht so gut hinkriegt).

--
mfg Rolf Bombach

Hallo MaWin,

MaWin schrieb: [...]

uf 7.28V,

gezogen=20

das ist korrekt. Ich hatte allerdings keine Lust, den Tietze/Schenk rauszukramen und den Spa=DF komplett durchzurechnen. Sonst h=E4tte man au= ch den Innenwiederstand der Sekund=E4rwicklung ber=FCcksichtigen m=FCssen. Deshalb hatte ich auch den Spannungsabfall an den Dioden vergessen.

anz

auch

Also ich bin der Meinung: wenn die Kapazit=E4t der Ladekondesatoren f=FCr=

die Zuverl=E4ssigkeit der Schaltung verantwortlich ist, weil nur ein hauchd=FCnner Abstand zwischen notwendiger minimaler Eingangsspannung f=FC= r die Schaltung und min. Spannung nach dem Gleichrichter bleibt, dann hat man sowieso ein Problem bei schwankender Netzspannung (ja, ich wei=DF, bei gen=FCgend penetranter Auslegung der obigen Aussage k=F6nnte man mir wieder einen Klotz ans Bein binden, aber ich hoffe du verstehst jetzt, was ich mein(t)e).

Ist etwas mehr Luft, dann kann man auch die Elkos deutlich kleiner w=E4hlen. OK, muss man nicht. Aber 10mF bei 1A Laststrom scheinen mir schon etwas unverh=E4ltnism=E4=DFig.

n !

Falls du mich meinen solltest (da ich eigentlich Mar_c_us hei=DFe):

Wer will das von mir verlangen? Ich hatte am Ostermontagmittag absolut keine Lust, das durchzurechnen. Ich wollte lediglich anhand von Zahlenbeispielen das mit dem W=E4rmewiderstand verdeutlichen und das Ganz= e nicht auf dritte Dezimalstelle durchrechnen. Au=DFerdem sehe ich eigentlich nicht ein, mich f=FCr eine gutgemeinte Antwort zu rechtfertigen.

ciao

Marcus

"Marcus Woletz" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@gmx.de...

Voellig richtig, noch ein Grund, warum die Elkos zu klein ausgelegt sind, oder, um nach der d.s.e FAQ zu gehen: Der Trafo lieber 9V haben sollte.

Jeder. Eine Antwort wie "4700uF sind allerdings schon sehr üppig für Nicht-Audio." provoziert Oliver, doch nur 1000uF einzubauen. Daher wollen wie eine so unueberlegte Antwort lieber nicht lesen, sie kann aucf jeden Fall nicht unkommentiert stehen bleiben.

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at gmx dot net
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MaWin schrieb:

Fr=FCher gab es mal so einen Richtwert "1000uF pro A". Aber das hat wohl auch nie einer nachgerechnet. Andererseits: Je gr=F6sser der Siebelko, desto gr=F6sser die Verlustleistung im Trafo. Da muss man dann wohl schon mal die Nennleistung des Trafos um den Faktor 2...3 verringern.

Ergo: Die Dimensionierung einer stabilisierten Gleichspannungsquelle ist gar nicht so einfach...

"MaWin" schrieb:

Muss denn da überhaupt einer hin, da ja nur eine Ladeschaltung aufgebaut werden soll? Die braucht doch normalerweise sowas nicht, oder?

CU, Oliver