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Wärmemanagement bei DC/DC-Wandler

21. April 2008, 15:01 Uhr | Carl Schramm

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Wärmemanagement bei DC/DC-Wandler

Das Deratingdiagramm im Datenblatt gibt im Wesentlichen die entnehmbare Leistung bei einer bestimmten Umgebungstemperatur wieder. In Wirklichkeit sind die Deratingkurven natürlich nicht so geradlinig, wie sie in den meisten Datenblättern zu sehen sind. Bereits bei der Erstellung wurden schon so viele Abschläge bei den kritischen Bauteilen eingerechnet, dass diese Kurven bedenkenlos angewendet werden können. Die Formel (1) stellt auch anschaulich dar, dass man Gehäusetemperatur nicht gleich Umgebungstemperatur setzen darf, wie oft fälschlicherweise behauptet, da sonst nach dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik keine Verlustwärme abfließen kann.

Ergibt sich aus der Berechnung eine zu niedrige Umgebungstemperatur, kann der Anwender folgende Maßnahmen ergreifen. Bei Wandlern mit Kunststoffgehäuse kann er die nächste Baugröße einsetzen, weil damit mehr Gehäuseoberfläche zur Verfügung steht. Jedoch sollte der Wirkungsgrad, wie oben beschrieben, genau bestimmt werden. Bei Metallgehäusen kann er einen Kühlkörper einsetzen, was besonders bei Systemen mit Zwangsbelüftung sehr effektiv ist. Kommt in zwangsbelüfteten Systemen ein Kühlkörper zur thermischen Stabilisierung des DC/DC-Wandlers zum Einsatz, folgt der Ansatz für den thermischen Widerstand aus (3). Dabei sind R_ϑ,CK der thermische Widerstand von Gehäuseoberfläche zum Kühlkörper und R_ϑ,KA der thermische Widerstand vom Kühlkörper zur Umgebung.

Der Wert von R_ϑ,KA umfasst den thermischen Widerstand des Kühlkörpers einschließlich der zusätzlichen thermischen Widerstände für Wärmeleitpaste oder Silikonpads für besseren thermischen Kontakt. Kommen diese Hilfsmittel nicht zum Einsatz, muss man für Luft einen Wert von etwa 0,2 K/W zusätzlich einkalkulieren. Bei der Festlegung des Wertes R_ϑ,KA ist zu beachten, dass der Wert für die aktuell vorhandene Anströmgeschwindigkeit aus den Tabellen entnommen wird. Oft ist auch die Anströmrichtung zu berücksichtigen. Meist sind diese Werte in lfm (Linear feet per minute) angegeben. Die Umrechnung in Meter pro Sekunde ist: 100 lfm = 0,5 m/s. Dies ist nur eine mehr oder weniger grobe Hilfestellung für alle Anwender, die mit diesen technischen Fragestellungen konfrontiert werden, aber sie deckt schon alle wesentlichen Punkte für thermische Betrachtungen ab. Wenn jedoch die Ergebnisse grenzwertig werden, ist ein genauerer Blick nötig. So gibt es beispielsweise einen großen Unterschied zwischen stehender und bewegter Luft. (rh)