Wärmewiderstand

[Gantenbein]

Ich versuche gerade den Wärmewiderstand für eine LED der Firma Prolight zu berechnen.Die Leuchtdiode für jede Farbe ist dabei auf einer Montagefläche montiert, der Wärmewiderstand von Junction to Board wird dort für jede Farbe mit 15 K/W angegeben. Nun weiß ich allerdings leider nicht ob ich für die Berechnung eines Kühlkörpers nun diese 15 K/W als Parallelschaltung der drei Farben ansehen muss und damit für diese LED insgesamt 5 K/W anfallen würden oder ob es tatsächlich schon der fertige Wert ist und ich mit 15 K/W weiter rechnen muss.


Ich hoffe auf Hilfe und wünsche einen angenehmen Abend

[Besserwessi]

Was genau die Angabe im Datenblatt (15K/W) angibt kann ich auch nicht sagen. Die Wärmewiederstäned der einzelnen LEDs werden icht ganz unabhängig sein, denn die Wärme von einer LED wird die anderen etwas mit heizen. Man wird also irgenwo zwischen 5 und 15 K/W für die 3 LEDs zusammen liegen. Wo genau hängt davon ab wo der Wärmewiederstand auftritt: wenn er größtenteils dicht am Chip liegt, dann sind es mehr 5 K/W.


Das mit dem Kühlkörper kommt schon so hin. Allerdings hängt der Wärmewiderstand auch von der Montageposition auf dem Kühlkörper ab. Außerdem ist die Wärmeabgabe an die Luft nicht wirklich linear. Man kann also keine wirkliche präzision von der Berechnung erwarten und muß eventuell doch nachmessen.

[Gantenbein]

Ich würde sie ja an sich auch als Parallelschaltung betrachten da es ja sonst auch nicht sinnvoll wäre sie für jede Farbe anzugeben -wobei es dabei schon seltsam ist, dass alle drei werte gleich sind. Aber somit habe ich nur 5 W/K statt 15 W/K als Subtraktionsfaktor, was dann also einen höheren maximalen Wärmewiderstand bedeuten würde -also einen "niederwertigeren" Kühlkörper.

Wie das zu Stande kommt, dass es egal ist ob nun ein Halbleiter oder mehrere am Kühlkörper hängen kann ich mir auch noch nicht erklären. Wenn ich einen Körper mit mehreren Hitzequellen erhitze muss der doch wohl wärmer werden, als wenn ich es nur mit einer mache..

[Gantenbein]

Ich würde sie ja an sich auch als Parallelschaltung betrachten da es ja sonst auch nicht sinnvoll wäre sie für jede Farbe anzugeben -wobei es dabei schon seltsam ist, dass alle drei werte gleich sind. Aber somit habe ich nur 5 W/K statt 15 W/K als Subtraktionsfaktor, was dann also einen höheren maximalen Wärmewiderstand bedeuten würde -also einen "niederwertigeren" Kühlkörper.

Wie das zu Stande kommt, dass es egal ist ob nun ein Halbleiter oder mehrere am Kühlkörper hängen kann ich mir auch noch nicht erklären. Wenn ich einen Körper mit mehreren Hitzequellen erhitze muss der doch wohl wärmer werden, als wenn ich es nur mit einer mache..

[PICture]

Hallo!

@ Gantenbein

Ich habe versucht durch elektrische Analogie, die ganze "Wärmeschaltung" zu skizzieren.

Temperatur Tj entspricht einer Spannungsquelle und kann sein Wert ändern.

Wärmewiderstand R entspricht einem Widerstand und hat festen Wert.

Wärmefluß entspricht einem Strom und ändert sich mit Temperaturunterschied (Tj-Ta).

Umgebungstemperatur (Ta) als Bezugspunkt entspricht GND.

Hoffentlich werden die Berechnungen jetzt verständlicher.

Beispielweise, wenn Tj1=Tj2 können Rjc1+Rcr1 und Rjc2+Rcr2 als parallel geschaltete betrachtet werden.

MfG

         Rjc1    Rcr1
         ___     ___
    +---|___|---|___|---+
    |                   |
   /+\                  |
  (Tj1)                 |    Rra
   \-/                  |    ___
    |                   +---|___|---+
   ===                  |           |
   GND                  |          ===
         Rjc2    Rcr2   |          GND=Ta
         ___     ___    |
    +---|___|---|___|---+
    |
   /+\
  (Tj2)
   \-/
    |
   ===
   GND



    Tj = Temperatur des Chips (junction)

   Rjc = Wärmewiderstand zwischen Chip und senem Gehäuse (junction-case)

   Rcr = Wärmewiderstand zwischen Gehäuse und Kühlkörper (case-radiator)

   Rra = Wärmewiderstand zwischen Kühlkörper und Umgebung (radiator-ambient)

[Gantenbein]

Ich glaube das langsam zu begreifen, also hängt der Wärmewiderstand des Kühlkörpers am Ende nicht unbedingt davon ab wie viele Wärmequellen man anlegt da es ja auch egal ist wie viele Spannungsquellen ich im Äquivalent anlegen würde. Das errechnete ich ja, wie gesagt ich rechnete mit der Aufsummierten Leistung aller drei Farb-LEDs, dieser Effekt wurde aber durch die Paralelschaltung wieder aufgehoben. Wichtig ist damit also eigentlich nur(wenn man von gleichen werten ausgeht) die Spannung bzw. das Wärmegefälle.

Also kann ich, wenn ich gleiche Halbleiter auf ein Kühlblech montiere und zwischen ihnen das Temperaturgefälle gleich ist, theoretisch auch so berechnen als ob ich es nur mit einem zu tun hätte?

[PICture]

Ich kenne eine bißchen andere Formel:

Ptot = (tj - ta) / (Rjc + Rcr + Rra)

wobei:

Ptot = Gesamtverlustleistung
tj = Chiptemperatur
ta = Umgebungstemperatur
Rjc = Wärmewiderstand Chip/Gehäuse
Rcr = Wärmewiderstand Gehäuse/Kühlkörper (Isolierscheibe)
Rra = Wärmewiderstand Kühlkörper/Umgebung

Wenn die gesamte Verlustleistung Ptot als Summe den allen einzelnen Verlustleistungen angenommen wird und alle einzelne Wärmewiderstände (Rjc und Rcr) allen Bauteilen gleich sind, müsste es stimmen.

MfG

[Gantenbein]

Naja gut wenn man diese Formel etwas umstellt sollte man ja auch wieder zu meiner Ausgangsformel kommen:

Ptot = (tj - ta) / (Rjc + Rcr + Rra)
Ptot *(Rjc + Rcr + Rra) =(tj - ta)
(Rjc + Rcr + Rra)=(tj - ta) /Ptot
Rra= (tj-ta)/Ptot - (Rjc + Rcr)

Hm also nun bin ich allerdings wieder etwas verwirrt, also würdest du zwar die Leistungen aufsummieren aber die Wärmewiderstände (Rjc1+Rcr1),(Rjc2+Rcr2),(Rjc3+Rcr3) nicht parallel schalten?
Hm also das kann ich gerade vom Ersatzschaltbild her kaum nachvollziehen auch wenn es nach meiner Ansicht die realistischsten Werte ergeben würde.

[PICture]

Doch die Wärmewiderstände der Bauteile müssen parallel geschaltet werden. Natürlich die gleiche, das heißt Rjc1, Rjc2 und Rjc3 parallel, Rcr1, Rcr2 und Rcr3 parallel und die zwei, die aus parallel geschalteten bestehen, miteinender seriell (siehe Code).

MfG

             Rjc1            Rcr1
             ___             ___
          +-|___|-+       +-|___|-+
          |       |       |       |
          |       |       |       |
          |       |       |       |
          |  Rjc2 |       |  Rcr2 |        Rra
          |  ___  |       |  ___  |        ___
     -----+-|___|-+-------+-|___|-+-------|___|-----
          |       |       |       |
          |       |       |       |
          |       |       |       |
          |  Rjc3 |       |  Rcr3 |
          |  ___  |       |  ___  |
          +-|___|-+       +-|___|-+

                                                1
     Wenn Rjcx=Rjc1=Rjc2=Rjc3, dann gesamte Rjc=-*Rjcx
                                                3
                                                    1
     und wenn Rcrx=Rcr1=Rcr2=Rcr3, dann gesamte Rcr=-*Rcrx
                                                    3

[Gantenbein]

Gut, so dachte ich mir das auch, hatte es dann wohl nur falsch verstanden.
Super, dann weiß ich ja nun, dass es so stimmt. Ich wollte eben ganz, ganz sicher gehen.
Vielen Dank für deine Hilfe und ich wünsche dir noch einen schönen Sonntag Nachmittag.