Das Ausgangsstrom-Derating bei Produkten von TRACO

Werfen Sie z. B. einen Blick auf die Titelseite des Datenblatts zum DC/DC-Wandler TEN 8-2411WI. Man sieht 8W und einen Betriebstemperaturbereich von –40 bis 85°C. Wenn man an dieser Stelle aufhört zu lesen, nimmt man an, dass der Wandler bei einer Umgebungstemperatur von 85°C eine Leistung von 8W erbringt.

Wenn Sie weiter lesen, werden Sie feststellen, dass bei einer Umgebungstemperatur von 70°C die Wandler-Last um 3%/Kelvin verringert werden muss. Maximal zulässige Last bei 85°C: 100-(85-70)*3=55% der Maximallast =4,4W.

Wenn Sie mit Wärmeprüfungen beginnen möchten, stellen sich natürlich Fragen – an welcher Stelle soll ich die Umgebungstemperatur messen? Unglücklicherweise hilft einem das Datenblatt oder ein Anwendungshinweis nicht weiter. Darüber hinaus herrscht große Konfusion, was die Stelle für die Messung der Umgebungstemperatur anbelangt. Weitere Informationen finden Sie in dem Artikel What is ambient temperature, anyway, and why does it matter? (z. dt.: Was ist die Umgebungstemperatur überhaupt und warum ist diese von Bedeutung?)

TRACO ist sich dieser Situation bewusst und aktualisiert deshalb seine Datenblätter, um alle Informationen zu verdeutlichen. Bis dahin werden wir Ihnen die Informationen vom technischen Support von TRACO an Sie weitergeben.

Umgebungstemperatur

Zur Messung der Umgebungstemperatur im Bereich eines DC/DC-Wandlers wird empfohlen, diese unter Worst-Case-Bedingungen in einem Umkreis von 2cm neben der Komponente durchzuführen, während die Temperatur nicht weiter ansteigt. Es ist wichtig, die Temperatur innerhalb des Endprodukts zu messen, da sich andere wärmeproduzierende Komponenten, Gehäuse, Kabel, Stecker oder sonstige mechanische Teile im Innern des Gehäuses auf die Temperatur im Bereich des DC/DC-Wandlers auswirken.

Die maximale Temperatur für das Wandler-Gehäuse darf nicht überschritten werden. In dem Anwendungshinweis ist genau definiert, wo es notwendig ist, die Gehäusetemperatur zu messen. Falls die Stelle nicht festgelegt ist, verwenden Sie die Mitte der oberen Fläche.

Je größer der Abstand zwischen gemessenen Temperaturen und maximal zulässigen Temperaturen ist, desto länger ist die voraussichtliche Lebensdauer des DC/DC-Wandlers.

Warum wird der Ausgangsstrom runtergestuft?

Jedes in einem DC/DC-Wandler verwendete Bauteil hat eine eigene Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Wärmegrenze. Bei Halbleitergeräten (FETs, ICs usw.) geben die meisten Lieferanten eine maximale Sperrschichttemperatur an (T_j, max. = 150°C) an. Es ist unmöglich, die Sperrschichttemperatur direkt zu messen. Deshalb haben Hersteller ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist, die Sperrschichttemperatur ausgehend von der Gehäuse- und Leitungstemperatur zu messen.

Hersteller von Optokopplern geben üblicherweise eine maximale Gehäusetemperatur als T_case=100-110°C an. Die Temperatur von Magnetkernen wird oftmals auf T_body=125°C begrenzt. Die PCB-Oberflächentemperatur ist typischerweise auf T_surface=120-130°C begrenzt.

Um die langfristige Zuverlässigkeit von DC/DC-Wandlern gewährleisten zu können, sollte ein gewisser Spielraum gelassen und die Komponenten nicht bis ans Limit genutzt werden. Typische Temperaturen: T_j=125°C, T_case=100°C, T_body=120°C, T_surface=120°C. Weitere Informationen finden Sie z. B. in dem Artikel Thermal Characterization Process for Open-Frame Board-Mounted Power Modules (z. dt.: der thermische Charakterisierungsprozess bei Board-Mounted-Open-Frame-Leistungsmodulen)..

In den Datenblättern von TRACO ist üblicherweise ein linearer Derating-Koeffizient von bspw. 3%/Kelvin angegeben. In dem Anwendungshinweis sind zudem Derating-Kurven im Vergleich zur Luftgeschwindigkeit angegeben. Natürlich ermöglicht eine erhöhte Luftzirkulation eine effizientere Kühlung. Die Luftgeschwindigkeit wird üblicherweise in der Einheit LFM (Linear Feet per Minute) angegeben. Durch die Multiplikation der Luftgeschwindigkeit mit der Querschnittsfläche des Luftstrombereichs lässt sich die Luftmenge bestimmen, die pro Zeiteinheit diesen Bereich durchströmt. Der Volumenstrom wird üblicherweise in Kubikfuß pro Minute (Cubic Feet per Minute, CFM) gemessen.