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Hallo,
Ich hab ein IGBT Modul das ich kühlen will. Ich benötige eien Kühlkörper mit einem Rth von 0.4K/W oder kleiner.
Spielt es eine Rolle wenn die Gedachte Kühlkörpermontagefläche des Kühlkörpers größer ist als die Kühlfläche an meinem IGBT,kann ich dann trotzdem weiterhin einen Kühlkörper mit einem Rth von 0.4K/W nehmen?
Grüße Trudi

Hallo Trudi,

» Ich hab ein IGBT Modul das ich kühlen will. Ich benötige einen Kühlkörper
» mit einem Rth von 0.4K/W oder kleiner.

» Spielt es eine Rolle wenn die gedachte Kühlkörpermontagefläche des
» Kühlkörpers größer ist als die Kühlfläche an meinem IGBT,kann ich dann
» trotzdem weiterhin einen Kühlkörper mit einem Rth von 0.4K/W nehmen?

Wenn die Kühlkörpermontagefläche des Kühlkörpers größer ist als die Kühlmontagaefläche am IGBT, dann ist die Kühlfläche am IGBT durch die thermische Kontaktfäche voll bedeckt. Das heisst nichts anderes, dass dieser thermische Kontakt-Widerstand minimal ist. Kleiner kann er nicht sein. Das heisst, wenn Du für Ganze den Kühlkörper zu 0.4K/W berechnet hast, dann ist das in diesem Fall der richtige Wert.

Ist die Kühlmontagefläche am IGBT nicht voll bedeckt, müsstest Du einen grösseren Kühlkörper (grössere Rippenflächen für bessere Konvektion) mit niedrigerem K/W-Wert benutzen, um den selben Kühleffekt zu erzielen. Das selbe gilt, wenn Du den IGBT elektrisch zum Kühlkörper isolieren musst. Dann muss man den K/W-Wert der Isolierscheibe mit einbeziehen.

Ich hoffe, das hilft Dir weiter...

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
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Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
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Hallo,

im Allgemeinen wird der Rth des Kühlkörpers für den Fall angegeben, dass der Wärmestrom gleichmässig in die gesamte Montagefläche des Kühlkörpers eingeprägt wird. Gewissheit bringt ein Blick ins Datenblatt, die Applikationshinweise des Herstellers oder eine Supportanfrage. Beachte bitte auch, dass für das Erreichen der Herstellerangabe des Rth auch noch andere Randbedingungen eingehalten werden müssen (Luftstrom des Lüfters bzw. Einbaulage und Einbaubedingungen des Kühlkörpers, Abstände zu anderen Komponenten, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck usw.)!

Ist die vom Modul genutzte Kühlkörperfläche kleiner, dann verringert sich der effektive Rth des Kühlkörpers entsprechend, da die Randbereiche des Kühlkürpers nicht mehr vollständig am Wärmeabtransport beteiligt sind. Den effektiven Rth ermittelt man am genauesten mit einer entsprechenden Messung. Eine sehr genaue Abschätzung erreicht man auch mit einer Simulation, die man mit der Rth-Angabe des Herstellers kalibriert. Mit etwas Erfahrung kann man den Wert auch aus dem Handgelenk grob Abschätzen.

Die vom Kühlkörper effektiv genutzte Kühlkörperfläche ist übrigens auch vom Modul abhängig (Modul mit echter Bodenplatte oder Bodenplattenloses Modul, Verteilung der Chips im Modul, Verteilung der Verlustleistung auf die einzelnen Chips usw.)

Schreib doch mal, um welches Modul, Kühlkörper und Anwendung es sich handelt. Dann findet sich sicherlich ein halbwegs passabler Wert.

Grüße.

» Ist die vom Modul genutzte Kühlkörperfläche kleiner, dann verringert sich
» der effektive Rth des Kühlkörpers entsprechend, da die Randbereiche des
» Kühlkürpers nicht mehr vollständig am Wärmeabtransport beteiligt sind.

Hallo,
das würde ja dann heißen dass das Kühlverhalten besser wird wenn die vom Modul genutzte Kühlkörperfläche kleiner als die gedachte Kühlkörperfläche des Kühlkörpers ist. Dann wäre ich ja in meinem Fall auf der Sicheren Seite.


Es Hnadelt sich bei dem IGBT-Modul um eiine Paralellscahaltung von mehreren IGBT-Modulen.
Ein komplettes ausgearbeitetes Datenblatt liegt nicht vor. Ich weiß das die Fläche des IGBt Moduls 20 auf 120mm ist und das man einen Kühlkörper mit einem Rth von 0,4 K/W
benötigt. Bei 600 A fällt eine Spannung von 70mV ab. Der IGBt wird bei einer Umgebungstemperatur von max 30 C°verwendet. Die maximale SperschichttempeRATUR liegt mir momentan nicht vor zudem weiß ich die interenn Übergangswiderstände nicht Meine angewendete Taktfrequenz liegt unter 1 Hz. Induktiver und Kapzitiver anteil der zu schaltenden Impedanz sind
vernachlässigbar gering.Nun suche ich einen passenden Kühlkörper. Dabei will ich nach möglichkeit auf eine Wasserkühlung verzichten. Ist dies möglich? Alle Kühlkörper die ich finde sind wesentlich größer als die Abmaße von 20auf 120 mm

Grüße

Hallo Trudi,
die aufnehmende Fläche eines Kühlkörpers ist meißt so gestaltet, daß zu den Seiten der wärmeableitenden Kühlrippen
trapetzförmige Verstärkungen im Material eingearbeitet sind.
Wird nun die aufnehmende Fläche des KK nicht komplett vom IGBT-Modul bedeckt, so beteiligen sich die vorgesehenen Randbereiche am Kühlkörper etwas schlechter.
Zu berechnen ist das über die Querschnitte des KK im Randbereich zwischen aufnehmender Fläche und Verteiler sowie der Temperaturdifferenz.
Zulässige Sperrschichttemperaturen von IGBTs liegen zwischen 120 und 160Grad. In Deinem Fall werden über alle Sperrschichen des Moduls ca. 50W Verlustleistung eingebracht. Das sollte einigermaßen handhabbar sein.

Wenn Du eine Berechnung machen kannst, dann vergleiche auch die Möglichkeit, einen Heat-Spreader =
Materialverstärkung zwischen IGBT und KK, einzusetzen, der die Wärme auf die gesamte KK-Fläche leitet.
Allerdings hat so eine Cu oder Al-Platte zusätzliche Übergangswiderstände.

cu
st

Hallo,

also gewöhnlich ist der KK größer als das zu kühlende Teil, sei es igbt Transistor oder IC!!!
Ich weiß nicht wo da das Problem ist, ausser genügend Kühlleistung?




Siehe Bild, so ist das üblich und ich habe noch viel größere KKs im Verhältniss zum kühlenden Teil gesehen bzw benutzt.
Mit Wasser wirds natürlich viel kleiner! ABER da haste ev. Probleme bei hoher Spannung den Schutz vor Behrührung zu verwirklichen!

--
MfG
Peter

» » Ist die vom Modul genutzte Kühlkörperfläche kleiner, dann verringert
» sich
» » der effektive Rth des Kühlkörpers entsprechend, da die Randbereiche des
» » Kühlkürpers nicht mehr vollständig am Wärmeabtransport beteiligt sind.
»
» Hallo,
» das würde ja dann heißen dass das Kühlverhalten besser wird wenn die vom
» Modul genutzte Kühlkörperfläche kleiner als die gedachte Kühlkörperfläche
» des Kühlkörpers ist. Dann wäre ich ja in meinem Fall auf der Sicheren
» Seite.

Sorry, es muss natürlich heissen "der effektive Rth vergrößert sich"!

» Es Hnadelt sich bei dem IGBT-Modul um eiine Paralellscahaltung von mehreren
» IGBT-Modulen.
» Ein komplettes ausgearbeitetes Datenblatt liegt nicht vor. Ich weiß das die
» Fläche des IGBt Moduls 20 auf 120mm ist und das man einen Kühlkörper mit
» einem Rth von 0,4 K/W
» benötigt. Bei 600 A fällt eine Spannung von 70mV ab.

Wo fällt diese Spannung ab? An den Terminals ? Die VCE(sat) eines passenden IGTB sollte irgendwo im Bereich zwischen 2 V oder 3 V liegen. Prüfe nochmal deine Verlustleistungsberechnung!

» Nun suche ich einen passenden Kühlkörper. Dabei
» will ich nach möglichkeit auf eine Wasserkühlung verzichten. Ist dies
» möglich?

Der Rth eines Wasserkühlers ist nochmal mindestens eine Zehnerpotenz kleiner.

» Alle Kühlkörper die ich finde sind wesentlich größer als die
» Abmaße von 20auf 120 mm

Ein einfacher Profilkühlkörper wie z.B.

Reichelt "V 6506G" :: Profilkühlkörper, 75x160x40mm, 0,9K/W

, darauf ein 20mm x 120mm Modul mittig montiert und drei passende, auf den Rippen montierte Lüfter kommen problemlos auf Rth(s-a) = 0.4 K/W oder weniger.

Grüße.

Bei einer Isolierscheibe, könnte man in diesem Fall,
eine Kupferscheibe, welche größer als das Bauteil ist,
unter das Bauteil legen und dann eine größere
Isolierscheibe zwischen die Zwischenscheibe und den Kühlkörper legen.
Oder ein etwas dickeres und größeres Alustück.

Dieses reduziert den Wärmewiderstand,
weil erst die Wärme auf eine größere Fläche verteilt wird.

Da Kupfer einen geringeren WW (Wärmewiderstand) als Alu
hat, bringt das auch ohne Isolierscheibe einiges.

Man sollte darauf achten, dass es so bündig wie möglich aufliegt.
Ich habe in den minimalen Spalt einfach Öl
getan, statt irgendeine Paste. Oder sogar (sek.) Kleber, dann
so fest pressen, dass die Schicht extrem dünn wird.

0.01 mm Öl bring mehr, als 0.1 mm teure Paste und ist
umweltfreundlicher.

--
Gruß von

* Henry-Roland Dorau * Pf.100431 78404 Konstanz * 0176 29 000 333 * http://sun-innovation.de *

» Bei einer Isolierscheibe, könnte man in diesem Fall,
» eine Kupferscheibe, welche größer als das Bauteil ist,
» unter das Bauteil legen und dann eine größere
» Isolierscheibe zwischen die Zwischenscheibe und den Kühlkörper legen.
» Oder ein etwas dickeres und größeres Alustück.
»
» Dieses reduziert den Wärmewiderstand,
» weil erst die Wärme auf eine größere Fläche verteilt wird.

Hallo,

man könnte damit gut den Zth-Verlauf und somit auch das Überlastverhalten des Systems verbessern. Ob aber tatsächlich der gesamte Rth des eingeschwungenen Systems verringert wird muss genau geprüft werden. Üblicherweise wird der Gewinn durch die bessere Wärmespreizung von den th. Widerständen der zusätzlichen Schicht und Grenzschicht (über-)kompensiert. In der Industrie wäre zusätzlich der Material- und Montagemehraufwand grösser als die Kosten für das nächst stärkere Modul der Baureihe. Bei einem Prototypen sollte der Unterschied noch deutlicher sein.

» Da Kupfer einen geringeren WW (Wärmewiderstand) als Alu
» hat, bringt das auch ohne Isolierscheibe einiges.
»
» Man sollte darauf achten, dass es so bündig wie möglich aufliegt.
» Ich habe in den minimalen Spalt einfach Öl
» getan, statt irgendeine Paste. Oder sogar (sek.) Kleber, dann
» so fest pressen, dass die Schicht extrem dünn wird.
»
» 0.01 mm Öl bring mehr, als 0.1 mm teure Paste und ist
» umweltfreundlicher.

Wenn du tatsächlich über die gesamte Modulausdehnung eine mittlere Spaltweite von 10 µm sicherstellen kannst, dann brauchst du auch keine 100 µm dicke Schicht Wärmeleitpaste auftragen.

Grüße.

» » Bei einer Isolierscheibe, könnte man in diesem Fall,
» » eine Kupferscheibe, welche größer als das Bauteil ist,
» » unter das Bauteil legen und dann eine größere
» » Isolierscheibe zwischen die Zwischenscheibe und den Kühlkörper legen.
» » Oder ein etwas dickeres und größeres Alustück.
» »
» » Dieses reduziert den Wärmewiderstand,
» » weil erst die Wärme auf eine größere Fläche verteilt wird.
»
» Hallo,
»
» man könnte damit gut den Zth-Verlauf und somit auch das Überlastverhalten
» des Systems verbessern. Ob aber tatsächlich der gesamte Rth des
» eingeschwungenen Systems verringert wird muss genau geprüft werden.
» Üblicherweise wird der Gewinn durch die bessere Wärmespreizung von den th.
» Widerständen der zusätzlichen Schicht und Grenzschicht (über-)kompensiert.
» In der Industrie wäre zusätzlich der Material- und Montagemehraufwand
» grösser als die Kosten für das nächst stärkere Modul der Baureihe. Bei
» einem Prototypen sollte der Unterschied noch deutlicher sein.
»
» » Da Kupfer einen geringeren WW (Wärmewiderstand) als Alu
» » hat, bringt das auch ohne Isolierscheibe einiges.
» »
» » Man sollte darauf achten, dass es so bündig wie möglich aufliegt.
» » Ich habe in den minimalen Spalt einfach Öl
» » getan, statt irgendeine Paste. Oder sogar (sek.) Kleber, dann
» » so fest pressen, dass die Schicht extrem dünn wird.
» »
» » 0.01 mm Öl bring mehr, als 0.1 mm teure Paste und ist
» » umweltfreundlicher.
»
» Wenn du tatsächlich über die gesamte Modulausdehnung eine mittlere
» Spaltweite von 10 µm sicherstellen kannst, dann brauchst du auch keine 100
» µm dicke Schicht Wärmeleitpaste auftragen.
»
» Grüße.

Meine ich doch! Ich nehme gar keine Wärmeleitpaste.
Mache es plan und nehme nur eine hauchdünne Schicht
Silikonöl oder Sekundenkleber.

--
Gruß von

* Henry-Roland Dorau * Pf.100431 78404 Konstanz * 0176 29 000 333 * http://sun-innovation.de *

» » Spaltweite von 10 µm sicherstellen kannst, dann brauchst du auch keine
» 100
» » µm dicke Schicht Wärmeleitpaste auftragen.
» »
» » Grüße.
»
» Meine ich doch! Ich nehme gar keine Wärmeleitpaste.
» Mache es plan und nehme nur eine hauchdünne Schicht
» Silikonöl oder Sekundenkleber.

Spätestens bei größeren Modulen (und 120 mm Länge zählt bereits dazu) wirst du das plane Aufliegen der Bodenplatte mit diesen engen Toleranzen möglicherweise nicht mehr sicherstellen können: Ungleichmässige Druckverteilung wegen Schraubbefestigungen nur am Rand verteilt, "Bimetallefekte" bei Erwärmung usw.

Grüße.

» Ein einfacher Profilkühlkörper wie z.B.
»
» Reichelt "V 6506G" :: Profilkühlkörper, 75x160x40mm, 0,9K/W
»
» , darauf ein 20mm x 120mm Modul mittig montiert und drei passende, auf den
» Rippen montierte Lüfter kommen problemlos auf Rth(s-a) = 0.4 K/W oder
» weniger.
»
» Grüße.

Spielt es dann keine Rolle wie der Kühlkörper montiert ist? Also ob die Plane Fläche des Kühlkörpers am Boden, auf der Seite, oder oben ist?

Grüße

» Spielt es dann keine Rolle wie der Kühlkörper montiert ist? Also ob die
» Plane Fläche des Kühlkörpers am Boden, auf der Seite, oder oben ist?
»
» Grüße
Hi,
Wärmeableitung vom Bauteil zum Kühlkörper möglichst symmetrisch gestalten.
auch daran messen, wo die kürzeren Wege der Wärme im Kühlkörper sind.

Die Idee mit der "vergrößerungs- oder Verteil-Platte" wird in den Bauteilen selber schon umgesetzt.
z.B. Halbleiter auf CU-Heat-Spreader und mechanischer Halterung mit 3x3mm auf 20x25mm (ähnlich Heptawatt)

Wenn dann der Kühlkörper selber noch eine in der "mitte" liegende definierte optimale Auflagefläche hat, dann passt das.
In dem Bild weiter oben sieht man auch, daß in der Mitte der große Leistungsbaustein sitzt und an den Seiten
- Wärmetechnis entkoppelt - weitere Treibertransistoren.
Darum auch die Isolierscheiben.
Nebeneffekt: 2 Dioden als Wärmesensoren direkt neben dem
IGBT und am Rand des Kühlkörpers lassen rückschlüsse auf
die dynamische Last zu.

cu
st
Neckarsulm-Racing

» Spielt es dann keine Rolle wie der Kühlkörper montiert ist? Also ob die
» Plane Fläche des Kühlkörpers am Boden, auf der Seite, oder oben ist?
»

Bei erzwungener Konvektion ist die Lage im Raum nicht mehr ganz so kritisch. Im Idealfall wird der Lüfter so installiert, dass der Luftstrom von der natürlichen Konvektion unterstützt wird. Keinesfalls darf etwas den Luftstrom behindern.

Grüße.