Kühlkörper

Kühlkörper sollen die Wärme abführen, die durch die Leistung in einem Leistungs-Bauelement, (Transistor, MOSFET, Thyristor, Leistungs-IC) entstanden ist. Sie bewirken eine Senkung der Temperatur indem sie Wärme an die Umgebung abgeben.

Die Temperatur eines Leistungs-Bauelements darf einen Maximalwert nicht überschreiten. Meistens sind es 175°C, aber viele ICs vertragen nur 150°C. Auf der anderen Seite steht die Umgebungstemperatur. Wenn der Kühlkörper eingebaut ist, sollte die Umgebungstemperatur nicht unter 45°C angenommen werden. 25°C sind nur sinnvoll, wenn ein kleiner Kühlkörper völlig frei liegt.

Die Fähigkeit eines Kühlkörpers, Wärme abzuleiten, wird in K/W angegeben. Das Bauteil auf dem Kühlkörper erwärmt sich pro W Leistung um R_tk K (°C).

Neben dem Kühlkörper muss auch noch der Wärmewiderstand des Bauteils berücksichtigt werden. Dieser Wärmewiderstand wird zu dem des Kühlkörpers addiert.

Der maximal zulässige Wärmewiderstand R_k für eine Leistung P und einem Wärmewiderstand R_c des Bauteils ist für die Maximaltemperatur T_m und Umgebungstemperatur T_u

Rk <= ( ( Tm - Tu ) / P ) - Rc

Kühlkörper für TO-220-Gehäuse

Viele Leistungs-Bauelemente werden im TO-220-Gehäuse angeboten. Im Folgenden werden Kühlkörper für TO-220-Gehäuse vorgestellt.

Nr.	Bezeichnung	Typ	L/mm	B/mm	H/mm	Rth
1	Fingerkühlkörper	FK 223 SA CB	42	42	17	6,8K/W
2	Strangkühlkörper	V 4511	89	37,5	35	3,2K/W
2	Strangkühlkörper	V 4511	89	50	35	2,9K/W
3	U-Profil-Kühlkörper	FK 231 SA 220	19	13,5	9,5	24K/W
4	U-Profil-Kühlkörper	Selbstbau	24	15,5	17	24K/W
5	U-Profil-Kühlkörper mit Lötfahnen	FK 247 SA 220	24	17	8	24K/W
6	U-Profil-Kühlkörper	?	35	17	17	16K/W
6	U-Profil-Kühlkörper	?	25	18	20	16K/W
8	Fingerkühlkörper	SK 525 15 ST	15	20	28	13,3K/W
8	Fingerkühlkörper	SK 525 25 ST	25	20	28	9K/W
8	Fingerkühlkörper	SK 525 30 ST	30	20	28	8K/W

Montage der Kühlkörper

• Alle Kühlkörper in Bild 1 können unmittelbar auf die Platine montiert werden.

• Große Kühlkörper wie der Fingerkühlkörper 1 oder der Strangkühlkörper 2 werden oft am Gehäuse der Geräte montiert.

• Die meisten Kühlkörper werden flach auf die Platine montiert.

• Kühlkörper mit Lötfahnen wie der Fingerkühlkörper 3 und der Strangkühlkörper 8 werden senkrecht montiert.

• Meistens wird ein TO-220-Gehäuse mit dem Kühlkörper verschraubt.

• Es gibt auch Kühlkörper, die das TO-220-Gehäuse klemmen (8).

• Die Kühlfahne des TO-220-Gehäuses liegt meistens nicht auf Masse-Potential (0V).

• Das TO-220-Gehäuse sollte durch ein Isolierplättchen isoliert werden. Das Isolierplättchen ist entweder aus Glimmer oder wärmeleitendem Kunststoff.

• Durch das Isolierplättchen entsteht ein zusätzlicher Wärmewiderstand von 0,5K/W

• Das TO-220-Gehäuse kann durch Wärmeleitpaste besseren Kontakt zum Kühlkörper bekommen

• Fehlt die Wärmeleitpaste tritt ein zusätzlicher Wärmewiderstand von 1K/W auf.

• Kühlkörper müssen so montiert sein, dass Luft zirkulieren kann.

• Fingerkühlkörper oder geschlitzte Kühlkörper haben eine bessere Kühlfähigkeit als glatte.

Leistungsfähigkeit

Wir gehen von folgenden Annahmen aus:

• 5K/W für ein TO-220-Gehäuse.

• Die maximale Temperatur liegt bei 150°C.

• Die Umgebungstemperatur liegt bei 50°C.

• Wärmeleitpaste und Isolierplättchen werden nicht verwendet.

Für die kleinen Kühlkörper (3 - 8) und den Fingerkühlkörper 1 kann maximal die in der folgenden Tabelle angegebene Leistung abgeführt werden.

Nr.	Bezeichnung	Länge / Höhe	Rth	Leistung maximal
3	U-Profil-Kühlkörper	H=9,5mm	24K/W	3,3W
4	U-Profil-Kühlkörper	L=24mm	24K/W	3,3W
5	U-Profil-Kühlkörper	L=24mm	24K/W	3.3W
6	U-Profil-Kühlkörper	L=24mm	16K/W	4,5W
6	U-Profil-Kühlkörper	L=35mm	16K/W	4,5W
8	Fingerkühlkörper	L=15mm	13,3K/W	5,1W
8	Fingerkühlkörper	L=25mm	9K/W	6,6W
8	Fingerkühlkörper	L=30mm	8K/W	7,1W
1	Fingerkühlkörper	H=17mm	6,8K/W	7.8W

Kühlkörper für höhere Leistungen sollten von den tatsächlichen Daten der Bauelemente ausgehen.