Kühlkörper für L6208 ermitteln

[dimmu]

Hallo,

ich hoffe ich bin mit meinem heutigen Problem jetzt im richtigen Unterforum.

Da ich derzeit mit Schrittmotoren rumexperimentiere bin ich nun auch beim Bauteil L6208 angekommen. Die Beschaltung hat soweit ohne Probleme funktioniert. Allerding habe ich etwas Sorge wegen der Erwärmung von dem Bauteil.

Bis jetzt ist das Bauteil nicht gekühlt auf einem Steckbrett montiert. Die Strombegrenzung ist so eingestellt das nicht mehr als 300mA zum Fließen kommen. Bei 300mA wird das Bauteil aber doch schon ganz schön warm. Ziel soll irgendwan mal sein Motoren zu betreiben die rund 2A Phasenstrom haben. Also werde ich ja so ziemlich an die Grenzen des Möglichen von diesem Bauteil kommen. Deshalb denke ich, dass ich mich nun auch endlich mal an das Thema IC Kühlung wagen muss.

Im Internet habe ich das hier gefunden.
http://www.fischerelektronik.de/fil.../download/Katalog/kuehlkoerper-berechnung.pdf

Das ist eine Anleitung von einem Hersteller von Kühlkörpern um den Passenden für seine Anwendung zu finden.

Ich habe nun mal die ganze Anleitung und mein Datenblatt studiert.
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/7/0y36kx6q5u45gkswx6ejor2l48wy.pdf

Das Problem was ich habe ist das ich die Werte aus dem Datenblatt nicht denen in der Anleitung zuordnen kann, bzw. mir Werte fehlen.

Anhand der Infos von Seite 1 im Datenblatt habe ich mal errechnet das der IC bei maximaler Auslasung 9W Verlustleitung Produziert. Auf Seite 3 sind Wärmewiederstände angegeben. Für meinen Fall werden da wohl die 58°C/W interresannt sein da ich das DIP gehäuse habe und keine Kühlung über das Steckbrett vorhanden ist.

Laut der Anleitung brauche ich aber noch so angaben wie die maximal zulässige Sperrschichttem. Eine solche Angabe kann ich aber im Datenbatt nicht finden.

Weis jemand eine Lösung wie das einfacher berechnet werden kann, oder kann mir jemand bei der Zuordnung der Daten aus dem Datenblatt und denen in der Anleitung helfen.

Vielen Dank

 

[Dirk]

Hallo,

für dich ist zunächst einmal die maximale Junction-Temperatur wichtig. Im Datenblatt sind zwei bzw. drei Wärmewiderstände angegeben. Ein Wärmewiderstand Junction-Pins und ein Wärmewiderstand Junction-Case. Bei Junction-Pins wird die Wärme über die Pins abgeführt, da du alles anscheinend auf dem Steckbrett hast, lässt sich dieser Bereich nur ungenau berechnen, bzw. garnicht. Normalerweise wird das IC verlötet und die Pads und Leiterbahnen sind entsprechend großflächig ausgelegt. Von Junction wird an die Pins besser Wärme abgeführt, als an das Gehäuse!

Junction-Case ist für die Berechnung des Kühlkörpers wichtig. Gehe hier von 58K/W aus.

Die Wärme wird in die Umgebung (Ambient) abgegeben, folgende Wärmewiderstände hast du:
(1) Rth junction-case (Datenblatt IC)
(2) Rth case-heatsink (Wärmeleitpaste <1K/W)
(3) Rth heatsink-ambient (Datenblatt Kühlkörper)


T_junction = Umgebungstemperatur + Verlustleistung * (Rth_{junction-case} + Rth_{case-heatsink} + Rth_{heatsink-ambient})

Kritisch ist hier die tatsächliche Verlustleistung, die lässt sich nicht so leicht ermitteln. Durch Schaltvorgänge (Kommutation des Motors, Strombegrenzung/PWM) kann schon einiges an Leistung verloren gehen und zur Wärmeentwicklung beitragen. Abführen der Wärme über die Pins wäre wichtig, gerade bei DIP.

Dirk

 

[dimmu]

Hallo Dirk,

zunächst einmal vielen Dank für deine Antwort.

leider stehe ich noch etwas auf dem Schlauch.

Du schreibst:
Tjunction = Umgebungstemperatur + Verlustleistung * (Rthjunction-case + Rthcase-heatsink + Rthheatsink-ambient)

Meine Umgebungstemeratur ist ja weitestgehend bekannt. Ich nehme mal an 30°C
bei der Verlustleistung verstehe ich deine Bedenken mit der Berechnung, aber als Grundlage um mein verständnisproblem darzulegen nehme ich jetzt mal die errechneten 9W an.
Kühlkörper habe ich jetzt mal diesen genommen weil er für mein DIL24 Gehäuse der passende ist.
http://www.fischerelektronik.de/web...r DIL-IC, PLCC und SMD/PR/ICK24B_/index.xhtml

Wenn ich nun deine Formel ausrechne komme ich auf einen Wert von 741. Was kann ich nun mit dieser Zahl anfange, also ich meine was sagt sie aus.


Oder nochmal etwas einfach gefragt. Wie kann ich feststellen ob der Kühlkörper nun genug Wärme abführen kann. Irgendwie ist dass alles etwas verwirrend für mich.

Danke für deine Mühen

 

[LotadaC]

Gibts für sowas nicht eigentlich Kühlkörper, die zusätzliche "Fähnchen" zum Anlöten an die 4 Gnd-Pins besitzen? Das ganze kann man dann noch zusätzlich mit einem sinnigen Layout der entsprechenden Massefläche kombinieren (viel Fläche, möglicht beidseitig und mit Durchkontaktierungen). Dazu steht ja auch was im Datenblatt.

 

[Dirk]

Hallo Dimmu,

Wenn ich nun deine Formel ausrechne komme ich auf einen Wert von 741. Was kann ich nun mit dieser Zahl anfange, also ich meine was sagt sie aus.
Oder nochmal etwas einfach gefragt. Wie kann ich feststellen ob der Kühlkörper nun genug Wärme abführen kann. Irgendwie ist dass alles etwas verwirrend für mich.

stell dir mal vor, du verwendest einen idealen Kühlkörper, der ist unendlich groß und er hat einen Wärmewiderstand von 0K/W (und unendlich teuer ). Vernachlässigen wir nun auch mal den Wärmewiderstand von einer Wärmeleitpaste zwischen Gehäuse und Kühlkörper. Dann bleibt uns der Wärmewiderstand R_{Junction-Case}. Das Gehäuse würde dann sofort mit 0K/W die Wärme in die Umgebung abgeben. Also ideale Verhältnisse. R_{junction-case} hat etwa 60K/W, bei 1W gibts eine Temperaturdifferenz von 60°C (zur Umgebungstemperatur!). Bei 30°C Umgebungstemperatur hättest du also eine Junction-Temperatur von 90°C. Bei 9W ... aua. Es ist nur ein DIP Gehäuse, am besten führst du die Wärme über die Pins ab, da ja R_{junction-pins} kleiner ist als R_{junction-case}. Deine errechneten "741" ist die Junction-Temperatur in °C.

Du kannst also den besten Kühlkörper verwenden, den es gibt. 9W kannst du damit nicht ausreichend abführen, da alleine schon R_{junction-case} ziemlich hoch ist.

Und selbst wenn du ideale Leiterbahnen hättest, die die Wärme sehr gut abführen, werden 9W Verlustleistung für ein normales DIP24 IC zu viel sein.

Eventuell hast du ja tatächlich weniger Verlustleistung. Vielleicht kannst du den Treiber auch in einem anderen Gehäuse verwenden, das bessere thermische Eingenschaften hat.

Dirk

 

[dino03]

Hi,

es gibt den L6208 glaube ich noch in einem MicroPower-Gehäuse oder wie man das nennt. Das ist sowas wie SSOP aber mit dicker Metallfläche am Bauch. Da dort die Pinabstände unter 1mm sind habe ich das damals nicht für mich ausgewählt. Ich wollte die Dinger bei mir auch nur für Experimente haben.

Gruß
Dino

 

[dimmu]

Hallo,

Vielen Dank für euere Antworten.

Soweit habe ich das ganze nun verstanden. So wie es aussieht werde ich dann Langfristig nicht daran vorbeikommen auf doppelseitige Platinen mit SMD Bauteilen umzusteigen.

Schade nur das ich es machen muss um die Steuerung für meine CNC Fräse zu bauen. Mit der wäre es bedeutent einfacher gewesen doppelseitige Platinen herzustellen.

Ok, das heißt für mich auf jeden fall das ich für meinen ersten Prototypen mal das ganze auf einer Streifenrasterplatine aufbauen werde und dort sowohl das Gehäuse als auch die Leiterbahn mal noch mit einem Kühlkörper versehen werde. Somit müsste ich ja dann alle Möglichkeiten der Kühlung genutz haben.

Dem Hersteller unterstelle ich jetzt einfach mal das der IC schon so ausgelegt ist das er auch die maximal aufkommende Wärme über die Pins abgeben kann. Zu hoffen bleibt dann nur, dass der Prototyp so lange hält bis die Fräse sich ihre eigene SMD-Platine gefräst hat.

Vielen Dank für euere Hilfe.

 

[dino03]

Hallo,

Zu hoffen bleibt dann nur, dass der Prototyp so lange hält bis die Fräse sich ihre eigene SMD-Platine gefräst hat.

wie ich auch schonmal in einem anderen Thread geschrieben habe ... such mal nach Endstufen von Leadshine.
Das ist günstig, gut und streßfreier

Gruß
Dino