Wer Leistung verbraucht, muss auch sein thermisches Budget im Auge behalten. Das sind typischerweise alle Leistungsverluste an ICs, schaltenden Bauteilen oder Linearreglern. Besonders wenn Linearregler wie der 7805 (lokale Kopie) mit hohen Eingangsspannungen von z.B. 20 Volt versorgt werden und man trotzdem die 1,5 Ampere in der 5 Volt Umgebung nach dem Linearregler benötigt. Dies führt zu einen Spannungsabfall von 15 Volt über den 7805 und verursacht eine Verlustleistung von 22,5 Watt. Diese in Wärme umgewandelte Leistung muss abgeführt werden. Wie gut das geht, hängt vom Wärmewiderstand des Bauteils ab. In der TO-220 Gehäuseversion hat der 7805 ein Wärmewiderstand von 50 °C/W. Hierbei handelt es sich um den Wärmewiderstand zur Umgebung (Ambient).
Kühlkörper werden mit der Einheit °C/W oder K/W angegeben. Dies ist der Wärmeleitwiderstand, welcher bestimmt wie effizient die Wärme abgeführt werden kann. Zum Nachlesen auf Wikipedia.
Generell gilt: je geringer der Wärmewiderstand um leichter kann die Wärme abgeführt werden. Also 1 K/W ist besser als 100 K/W.
Download der Berechnungen als: Excel-Tabelle oder LibreOffice-Tabelle
Bei einem negativen maximal zulässigen Wärmewiderstand des Kühlkörpers ist eine passive Kühlung wie hier berechnet, nicht mehr ausreichend.
Der LM317 (lokale Kopie) ist ein Linearregler wie die Typen der 7800-Serie, nur das der LM317 kein Festspannungsregler ist und mit Widerständen die gewünschte Ausgangspannung nahezu beliebig eingestellt werden kann. Das nachfolgende Beispiel wird für das TO-220 Gehäuse (sicherheitshalber die KCS Variante) mit einer maximalen Eingangsspannung von 7 Volt und der gewüschten Ausgangspannung von 3 Volt berechnet.
Mit diesen Formeln kann man sich einen groben Überblick verschaffen wie die thermische Situation in der eigenen Schaltung ist. Natürlich spielen noch weitere Faktoren wie Montage, Gehäuse, Belüftung, Stromspitzen, schlechter Kontakt zum Kühlkörper usw. eine Rolle. Wer in der Nähe des thermischen Limits seiner Bauteile geht sollte sich seiner Sache sicher sein oder die Kühlung überdimensionieren.
Mit anderen Worten:
Mit den Formeln ist eine gut Abschätzung möglich, aber garantieren tut es nichts.
