Wärmewiderstand

Der Wärmewiderstand des Kühlkörpers (RthK) kann aus den dargestellten Kurven für jeden ausgewählten Arbeitspunkt des Halbleiters ermittelt werden. Es gilt folgender Zusammenhang:

RthK = thermischer Widerstand des Kühlkörpers (K/W)
RthH = thermischer Widerstand des Halbleiters (K/W)
Tj = Sperrschichttemperatur (°C)
Tu = Umgebungstemperatur (°C)
Ptot = Verlustleistung (W)
Sobald eine geeignete Form ausgewählt wurde, sollte die zu erwartende Sperrschichttemperatur Tj des Halbleiters mit Tj = TG + Ptot x RthH überprüft werden, da die Gehäusetemperatur TG mit einfachen Mitteln gemessen werden kann.
Thermischer Widerstand von zufälligen Formen mit erzwungener Abkühlung
RthKf ≈ a x RthK
R thKf = Wärmewiderstand, forcierte Kühlung RthK = Wärmewiderstand, natürliche Kühlung

Prinzipien der Wärmeübertragung
Die Wärmeübertragung ist eine gerichtete Energieübertragung zwischen Medien, Flüssigkeiten oder Gasen unterschiedlicher Temperaturen, bei der der natürliche Fluss der Wärmeübertragung von hoher zu niedriger Temperatur erfolgt.
Leitung
Konduktion ist eine molekulare Bewegung innerhalb eines Mediums, das einem Temperaturabfall ausgesetzt ist. Die Leitung und der daraus resultierende Wärmeübergang hängt vom jeweiligen Material ab. Die Leitfähigkeiten von Materialien werden als Koeffizienten ausgedrückt
λ in [ W/mK].

Der Wärmewiderstand eines Körpers wird in K/W ausgedrückt und ist abhängig von seinem Koeffizienten sowie der Fläche und dem Abstand von
Wärmestrom. Er beschreibt den Temperaturanstieg des Körpers über die Umgebungstemperatur für jedes zugeführte Watt Leistung.

Strahlung
Strahlung ist die Übertragung von Energie durch elektromagnetische Wellen im Wellenlängenbereich von 0,8μm bis 400μm.
Im Gegensatz zur Leitung ist Strahlung nicht an ein Übertragungsmedium gebunden. Das hängt von der Temperatur und der Oberfläche des strahlenden Körpers ab. Raue Körper strahlen stärker aus als glatte Körper. Die Strahlung nimmt mit der Temperatur des strahlenden Körpers zu, wobei dunkle Körper mehr Wärme aufnehmen und abgeben als helle Körper. Für die Strahlung gilt folgende Formel zur Energieerhaltung:
φ = reflektierte Größe
φ + α + J = 1 α = Absorptionsmenge
J = übertragene Menge
φ, α und J hängen vom Material und den Wellenlängen der Strahlung ab. Die Strahlung von Kühlkörpern ist hauptsächlich peripher, da die Strahlung zwischen den Rippen praktisch absorbiert wird. Um die Wärmeabgabe durch Strahlung mit natürlicher Konvektion und hoher Oberflächentemperatur zu verbessern, ist es von Vorteil, den Kühlkörper schwarz zu eloxieren, da der Wärmedurchgangskoeffizient vom Umgebungsmedium (Luft) und der Art der Kühlkörperoberfläche und nicht vom Kühlkörpermaterial selbst abhängt.
Konvektion
Konvektion ist der Wärmeaustausch innerhalb von Flüssigkeiten, Verdampfungen oder Gasen durch molekulare Bewegung von kühlen in warme Bereiche.
Freie Konvektion wird durch Unterschiede in der Luftdichte hervorgerufen, die durch unterschiedliche Temperaturen verursacht werden. Luftschichten in der Nähe des
Die Oberfläche wird durch die Hitze der Kühlkörperlamellen spezifisch leichter als tiefere Schichten. Dadurch entsteht eine statische Druckdifferenz zwischen den Schichten, die zu einer Luftströmung nach oben führt. Stehen die Heizsitzlamellen zu dicht beieinander, wärmen sie sich gegenseitig auf und schränken die freie Konvektion ein. Bei der erzwungenen Konvektion (Zwangskühlung) wird eine separate Konvektionsquelle in Form eines Lüfters benötigt. Um eine optimale Konvektion zu erreichen, sollten die Kühlkörper freistehend mit vertikalen Lamellen sein.
Laminierter Fluss
Laminierte Strömung ist Luftbewegung in parallelen Strömen oder Schichten mit innerer Reibung, aber ohne Turbulenzen
Turbulente Strömung
Oberhalb einer sogenannten kritischen Drehzahl geht eine laminierte Strömung in eine turbulente Strömung über, bei der Luftströmungen entstehen können, die
Arbeiten Sie entgegen der Strömungsrichtung. Die turbulente Strömung ist ein wichtiger Faktor für eine gute Wärmeableitung durch Konvektion.
Konvektion ist bei der Wärmeableitung mit Kühlkörpern wichtiger als Strahlung.
Wärmeübertragung Bevor Wärme von einem Kühlkörper auf die Umgebungsluft übertragen werden kann, muss ein Wärmewiderstand überwunden werden. Der Widerstand hängt vom Wärmekoeffizienten des Materials und der Kontaktfläche ab, wobei der Wärmeübergang nicht proportional durch eine größere Kontaktfläche erhöht wird, sondern durch die Lamellenkonstruktion des Kühlkörpers beeinflusst wird. Die Wirksamkeit der Flossen nimmt zu ihren Spitzen hin ab, wo der Temperaturabfall abnimmt. Die Wärmeabfuhr durch Konvektion kann verbessert werden, indem der Luftstrom erhöht, seine Richtung geändert und Turbulenzen erzeugt werden.