2. HALBLEITERDIODEN - microLab - Berner Fachhochschule

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Berner Fachhochschule, TI FACHBEREICH MIKROTECHNIK_____________________________________________________________________________________2.4. WÄRMELEITUNGSMODELL_____________________________________________________________________________________Ziel dieses Kapitels: Analogie zwischen einem Wärmekreis und einem elektrischen Kreis kennen lernen. Dimensionieren eines Kühlkörpers beherrschen lernen.Schlüsselworte:Wärmewiderstand, Konstantstromquelle, Kühlkörper_____________________________________________________________________________________2.4.1. EINLEITUNGBei Dioden, die bei grossen Strömen betrieben werden, können grosse Leistungen umgesetzt werden.Dies führt zu entsprechend grosser Wärmeentwicklung im Halbleiterkristall. Man steht also vor demProblem, die im Halbleiter entwickelte Wärme abzuführen. Dies geschieht meistens mit Hilfe einesKühlkörpers. Der Kühlkörper ist so zu dimensionieren, dass der Halbleiterkristall des Halbleiterelementesdie Grenztemperatur von ca. 175 °C bei Silizium nicht übersteigt. Das untenstehende Modell zeigt eineAnalogie zwischen dem thermischen Kreis und einem entsprechenden elektrischen Kreis. Mit diesemModell kann auf einfache Weise die Wärmeproblematik beherrscht werden.2.4.2. DAS WÄRMELEITUNGSMODELLTABELLE ZUM WÄRMELEITUNGSMODELLANALOGIEWÄRME SYMBOL EINHEITENELEKTRISCHE GRÖSSENVerlustleistungPWattKonstantstromquelleTemperaturzunahme T °CSpannungsanstiegWärmewiderstand °C/WWiderstandWärmekapazität c Ws/°CKapazität (Kondensator)P. Walther, T. Kluter, 2010 ____________________________________________________________ 47
Berner Fachhochschule, TI FACHBEREICH MIKROTECHNIK_____________________________________________________________________________________WÄRMELEITUNGSMODELLGehäuseKristallVerlustleistungKristalltemperaturT JT GIsolator JGGehäusetemperaturKühlkörpertemperatur T K GK KUT KT GT JT UKühlkörperUmgebungstemperaturT U JU= JG+ GK+ KUAbsoluter Nullpunkt; 0°KT JKristalltemperaturT GGehäusetemperaturT KT UKühlkörpertemperaturUmgebungstemperaturHier gilt Leistung x Wärmewiderstand = Temperaturänderung, oder, wenn man die Kristalltemperaturberechnen will:T J = P JG + P GK + P KU + T UT J = P( JG + GK + KU ) + T Uwobei auch für den Gesamtwärmewiderstand JU geschrieben werden kann: JU = JG + GK + KUP. Walther, T. Kluter, 2010 ____________________________________________________________ 48
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