Wie viel Wärme kann man mit 14v bei 40 ma erzeugen?
Ich habe ein Steuergerät für eine Solar-Nachführung gebaut das ich jetzt in ein geschlossenes Gehäuse einbauen möchte und in dem Gehäuse geht es recht eng zu.
Das Gerät wird mit etwa 12 bis 14 v betriebe und meine Stromverbrauchsmessung hat einen Stromverbrauch von ca. 40 ma im Standby angezeigt - das Gerät wird sich auf Grund einer energiesparenden Programmierung auch überwiegend im Standbymodus befinden.
An dem Motortreiber ist ein Kühlkörper dran dessen Temperatur aktuell etwa 6° über der Raumtemperatur liegt.
Kann man irgendwie abschätzen, wie warm es in dem Gehäuse sein würde, wenn der Gesamtstromverbrauch bei 40 ma liegt?
4 Antworten
14V x 0,04A = 0,56W Also praktisch keine verwertbare Wärme.
14V x 40 mA = 0,56W Das ist so wenig, dass du (wahrscheinlich) keine Probleme Bekommen wirst. Aber das ist nur die Halbe Lösung, denn du musst auch den Zustand, wenn das Solarpanel verfahren wird berücksichtigen. Leistungshalbleiter sind geometrisch recht klein und werden sehr schnell zu heiß wenn sie nicht zureichend gekühlt werden. Da könnten die wenigen zehn Sekunden Nachführzeit schon ausreichen, die Zerstörungstemperatur zu erreichen.
Ohne mechanische Luftbewegung ist der Wärmeübergang ca 6W/m²K
(aus Hermann Recknagel, Eberhard Sprenger, Karl-Josef Albers: Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik 2017/18. ITM InnoTech Medien GmbH + DIV Deutscher Industrieverlag, November 2016, ISBN 978-3-8356-7284-0 )
Mit der inneren Oberfläche deines Gehäuses und der vorher berechneten Verlustleistung kannst du berechnen, um wieviel Kelvin (°C) das Innere des Gehäuses gegenüber der Umgebungstemperatur wärmer wird.
Jetzt überlegst du, bei welcher Umgebungstemperatur das teil noch funktionieren soll. Daraus ergibt sich die Innentemperatur und mit der Temperaturüberhöhung am Kühlkörper, die du auf gleiche Weise mit der Kühlkörperoberfläche berechnest, die Gehäusetemperatur des Leistungshalbleiters. Leider kannst du deine beobachtete Temperaturüberhöhung, bzw. den vom Hersteller angegebenen thermischen Widerstand des Kühlkörpers nicht benutzen, da Beide auf einer unbehinderten Konvektion beruhen, die sich in deinem kleinen Gehäuse nicht ausbilden kann.
Mit dem thermischen Widerstand des Halbleitergehäuses, den du aus dessen Datenblatt entnimmst, berechnest du auf gleiche weise die Sperrschichttemperatur und vergleichst diese mit der maximal zulässigen Sperrschichttemperatur (-> Datenblatt).
Danach wiederholst du die Berechnung mit dem Arbeitsstrom, wenn die Schaltung die Solarpanel aktiv nachführt. Dazu musst du die Zeit abschätzen, die benötigt wird, um das Panel von einer in die nächste Ruheposition zu bringen und wie lange die Pausen zwischen den einzelnen Nachführschritten sein werden. Mit der thermischen Trägheit des Kühlkörpers und ggf. der anderen Massen im Gehäuse berechnest du die Temperatur des Kühlkörpers und der Sperrschicht zum Ende des Verfahrzyklus Und mit der Pausenzeit und der Standby-Leistungsaufnahme die Kühlkörpertemperatur zum Beginn des nächsten Verfahrzyklus. Bedenke, das, wenn am Ende des Tages das Panel von der Westausrichtung in die Ostausrichtung zurückgedreht wird, um für den nächsten Morgen bereit zu sein, die pausenlose Verfahrzeit deutlich länger sein wird, als tagsüber im Regelbetrieb. Hier musst du ggf. das Programm bzw. die Schaltung so ändern, das Pausen eingelegt werden um dem Leistungshalbleiter wieder abkühlen zu lassen.
Außerdem musst du unbedingt das Pendeln des Moduls um die Optimallage herum unbedingt vermeiden! Damit ergibt sich eine maximale Positionierungsabweichung die du zulassen willst und damit über die Winkelgeschwindigkeit des Positionierungsantriebs die Verfahrzeit bzw. über die Änderungsgeschwindigkeit des Sonnenstand die Pausenzeit.
30 Sekunden, ist lang genug, so dass sich bei kleinen Gehäusen schon der Beharrungszustand einstellt. Da musst du erst gar nicht dynamisch rechnen. Es reicht, wenn du die Temperaturen für den statischen Lastfall berechnest.
Das ist ja glücklicherweise alles nur plus minus mal geteilt. Da brauchst du ja noch nicht mal einen Taschenrechner. Da reicht ein Bleistift und ein stück Papier :-)
Ok dann baue ich noch einen Lüfter ein - inzwischen habe ich auch eine Wasserabweisende Belüftung mit einem 30x30mm Lüfter zeichnen können. Morgen drucke ich das dann aus und klebe die Belüftung wasserdicht mit Epoxy-Kleber in das Gehäuse ein.
Ist nicht gebastelt sondern ein komplexes 3D-Model bei dem sich der Kühlkörper des Motortreibers direkt im Luftstrom befindet.
klar ist das basteln, wenn du ohne zu wissen was tu tust, oder warum du es tust Komponenten kombinierst und hoffst, dass es schon funktionieren wird.
Niemand auf diesem Planeten kann ausrechnen und genau vorhersagen, wann und unter welchen Bedingungen der CMOS-Baustein zu heiß wird.
Deshalb habe ich auch erstens auf PWM verzichtet und zweitens befestige ich einen Temperatursensor am Kühlkörper mit dem der Lüfter gesteuert wird.
Ich schon, und das ist noch nicht mal schwer. Denn ich kann Datenblätter lesen und beherrsche die Grundrechenarten, die ich in der Grundschule gelernt habe. Ich kann dir sogar die MTBF für den gegebenen Einsatzfall berechnen.
Bei 14 V und 0,04 A entsteht eine sehr winzige Wärmeleistung von 0,56 W (14 V mal 0,04 A). Die aktuelle Lufttemperatur in dem Gehäuse ergibt sich aus der Gesamtheit von zu- und abfließenden Wärmeströmungen und Wärmestrahlungen. Dabei fallen die 0,56 W kaum in das Gewicht.
Wie bereits ausgerechnet wurde, ist die Wärmeentwickung sehr einfach auszurechnen, da bei Elektronik ganz einfach der gesamte Energieverbrauch (Spannung x Strom) am Ende in Wärme umgewandelt wird.
Das 1/2 Watt kann man entweder passiv kühlen, einen Kühlkörper hast du ja schon. Die Wärmeableitung kannst du verbessern, indem z.B. ein Metallgehäuse benutzt wird, an das der Kühlkörper (mit Wärmeleitpaste) angeschraubt wird. Damit wird das Gehäuse zum Teil des Kühlkörpers und die Wärme wird direkt nach aussen abgeleitet.
Ansonsten einfach für Konvektion sorgen (Lüftungsschlitze in der Nähe des Kühlkörpers, unterhalb des Kühlkörpers den Lufteinlass, und irgendwo oberhalb einen Luftauslass). Bei +6 Kelvin Erwärmung sollte das locker reichen. Wenn der Kühlkörper sehr viel heisser werden sollte: aktiv kühlen (z.B. mit temperaturgesteuertem Lüfter).
Und dafür sorgen, dass das Gerät immer im Schatten ist. Ansonsten ist die Erwärmung durch Sonneneinstrahlung deutlich höher.
Für eine Bewegung über den komletten Radius benötigt das System etwa 6Minuten.
Der Intervall für die einzelnen Nachführungen beträgt aktuell 5 Minuten und er bewegt sich dabei maximal 30 Sekunden.
Ich könnnte den Intervall sicherlich noch auf 20 Minuten erhöhen.
Die maximale Stromaufnahme beträgt um die 150 ma (ist halt eine sehr kleine Anlage)
Meinst Du ich kann es trotzdem versuchen?