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Online Rechner zur Temperaturberechnung (Wärmeberechnung) von Leiterplatten

Es ist der Fortschritt – Halbleiter werden immer kleiner – damit erhöht sich in vielen Fällen die Leistungsdichte.

Das ist schön und gut – nur sollte man sich als Elektronikentwickler schon regelmäßig die Frage stellen:

Moment mal, wie warm wird eigentlich die Leiterplatte?

Halbwegs genau läßt sich das meist nur mittels aufwändiger Berechnungen ermitteln – allerdings reicht in den meisten Fällen eine grobe Schätzung aus.

Aus diesem Grunde gibt es hier ein kleines Tool zur Schätzung der Erwärmung einer Leiterplattenfläche.

Es wurden folgende Annahmen gemacht:

  • Die Leiterplatte befindet sich im freien Raum – mit direktem Zugang zur Umgebungungsluft
  • Die Bauteilpositionierung und das Leiterplattendesign ist so gewählt, daß von einer gleichmäßigen Temperaturverteilung auf der Leiterplatte ausgegangen wird.
  • es handelt sich um eine „geflutete“ Leiterplatte mit Lötstop
  • Wärmeübergangszahl – für freie Konvektion und Strahlung von 12W/ m²K
  • Wärmeübergangszahl – erzwungene Konvektion (Lüfter) von 50W/ m²K

Das Tool dient also nicht dazu, die Wärmebelastung einzelner Leiterbahnen zu berechnen, Hotspots zu ermitteln oder derartiges, sondern dazu, Fragen zu klären, wie:

  • Wie warm wird die Leiterplatte insgesamt?
  • Brauche ich eine Zwangsbelüftung oder Kühlkörper?

Beispiel
Stellen wir uns eine Leiterplatte im Format 100x160mm vor. Auf dieser Leiterplatte seien einige Bauteile platziert, die insgesamt 5 Watt Verlustleistung erzeugen. Die Leiterplatte sei so designt, daß sich die Wärme auf dieser Leiterplatte gleichmäßig verteilen kann – beidseitig mit Kupfer-füllflächen geflutet – beidseitig Lötstoplack beliebiger Farbe.
Diese Platine befände sich nun in einem freien Raum – ohne Zwangslüftung durch Lüfter oder ähnliches – bei einer Umgebungstemperatur von 25°C.
Wie warm wird nun die Leiterplatte?

Lösung:
Es ergibt sich eine vereinfachte Gleichung:

T(Leiterplatte) = T(Umgebung) + Leistung / (Wärmeübergangszahl * Anzahl belüfteter Seiten * Leiterplattenfläche)
T = 25° + 5W / (12W/ m²K * 2 * 0,016m²) = ≈ 38°C

Hinweis:
Es handelt sich hierbei natürlich um eine grobe Abschätzung, keine wirklich belastbare Berechnung – die einem dennoch in vielen Fällen weiterhilft

[…noch in Arbeit]

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