Leistungsdissipation

Leistungsdissipation bezeichnet in der Elektrotechnik die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme innerhalb von Bauelementen, Leitungen oder Gesamtsystemen. Die dissipierte Leistung P ergibt sich aus P = V·I; bei rein ohmschen Bauelementen gilt zusätzlich P = I^2·R. In Halbleiterbauelementen fallen neben ohmschen Verlusten auch Schaltverluste und Leckströme an, die Wärme erzeugen.

Ursachen der Leistungsdissipation sind ohmsche Verluste, Schaltverluste in Transistoren und Dioden, Leckströme, parasitäre Verluste in Leitungen sowie magnetische Verluste in Spulen. Dynamische Bauteile erzeugen Verlustleistung vor allem während des Umschaltens oder bei hohen Frequenzen.

Die Dissipation beeinflusst Temperaturanstieg, Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Geräten. Hohe Wärmeentwicklung erfordert Wärmemanagement; sonst steigt die Junction- oder Bauteiltemperatur. Typische Größen sind der Thermal Design Power (TDP) bzw. der Temperaturanstieg ΔT, der sich grob durch ΔT ≈ θJA·P beschreiben lässt (θJA = Wärmewiderstand Gehäuse-Umgebung).

Messmethoden umfassen Kalorimetrie, Thermografie und Temperaturmessung mit Thermoelementen. Zur Reduktion der Dissipation werden effizientere Bauteile, bessere Schaltzustände, größerer Kühlkörper, Lüfter oder Flüssigkeitskühlung sowie wärmeleitfähige Materialien (TIM) eingesetzt.

Typische Anwendungsbereiche sind Computerprozessoren, Netzteile, Leistungselektronik, LED-Beleuchtung und Motorsteuerungen. Die Begriffe "dissipierte Leistung" und "Wärmemanagement" spielen eine zentrale Rolle bei der Dimensionierung von Kühlung, Gehäusedesign und Zuverlässigkeit.