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Auf welche Weise kann man Mosfets am besten isoliert auf einem Kühlkörper montieren? Was ist vom Wärmeübergang her besser? Silikonpads + Wärmeleitpaste oder Glimmerscheiben + Wärmeleitpaste (ggf. andere Möglichkeiten)? Es soll das maximum an Verustleistung aus den Mosfets geholt werden bei gleichzeitiger elektrischer isolierung gegenüber dem Kühlkörper.

Bauform der Mosfets: TO-247 (werden wohl mittels ALU-Steg gegen den Kühlkörper gedrück werden)

Bei Silikonpads benötigst du keine Wärmeleitpaste.

Die besten Wärmeübergänge

-Kühlkörper planschleifen idealerweise auch den Transistor. Nicht krummschleifen - planschleifen, so eben als möglich. Auf Kupfer montieren, besser als Aluminium, die erste Wärmesenke ist die wichtigste, sie dient zur raschen Vergrößerung der Fläche direkt am Ort der Wärme. Nicht mit zu extremen Druck anschrauben. Idealerweise auch die Gehäuseoberseite zur Wärmeabfuhr nutzen.

dann

Nummer 1: Beryllium-Oxid Isolierscheiben (die dünnen, nur wenige Millimeter stark) vorsichtig ist giftig, der Staub jedenfalls sollte nicht in die Lunge gelangen, später die verbleibende Oberfläche an der Luft eventuell lackieren, so würde ich es schützen.

Nummer 2: Aluminium-Nitrid Isolierscheiben (auch die dünnen nehmen, lassen zwar pF zu, ist aber bestimmt egal, wahrscheinlich ja auch keine HF Schaltung).

Nummer 3: Aluminium-Oxid Isolierscheiben (auch die dünnen)

Nummer 4: dünne Wärmeleit-Siliconmatten, am besten mit keramischen Füllstoffen (das sind dann die obigen). Gibt stark unterschiedliche Qualitäten der Matten - aufpassen.

Nummer 3 und 4 machen den Wettstreit um Bronze.

Nummer 5: Glimmerscheibe mit Wärmeleitpaste

Für alle Materialien wirklich intensiv nach Herstellern suchen und vor allem die Datenblätter lesen, nur so findest Du gute Qualität.

Wärmeleitpasten dienen hauptsächlich dazu, bei harten Zwischenmaterialien die luftgefüllten Hohlräume zu füllen, ansonsten ist es zu vermeiden, nur so viel wie nötig.

Gruß Ralf

» Nummer 1: Beryllium-Oxid Isolierscheiben (die dünnen, nur wenige
» Millimeter stark) vorsichtig ist giftig

Millimeter oder µ-Meter?

Besten dank Ralf.

Nein, es geht rein um linear so viel Wärme wie möglich abzuführen -> meine geplante elektronische Last

Ich sage mal der aufwand sollte sich auch in Grenzen halten, werden immerhin knapp >=14 Mosfets werden.

Rthjc -> 0.3 K/W max. !!
Rthsa -> 0.1 K/W

Da macht sich in der Kette der Übergang Rthcs (also die wärmeleitende Isolierschicht) am meisten bemerkbar.

Dieser Wert wird in Datenblättern für den TO-247 mit 0.24 K/W angegeben. Denke mal da wird es sich um normale Montage auf dem Kühlkörper mit Wärmeleitpaste handeln. Ideal wäre natürlich "Arctic Silver 5" aus der Computerbranche. Mit 0.009 K/W wäre das dann auf der Fläche nahezu IDEAL!

Im Linearbetrieb kämen dann 14 Mosfets auf zwei Lüfteraggregate mit je 0.1 K/W. Somit wäre Rthsa = 0.7 K/W je Kühlkörper je Mosfet! Wenn dann ein schlechtes Wärmeleitpad z.B. dazwischen käme würde da die Wärmeabgabe enorm beeinträchtigen also sollte der Übergang so gut wie möglich sein -> aber halt auch nicht all zu kompliziert

Es sind Millimeter - µm da bräche die Keramik auseinander.
Je dünner desto besser die Wärmeleitung aber die Kapazität steigt - erst bei HF ein Thema.

Also um realistisch zu werden:
Beryllium Oxid hat seinen Preis sowie schwer zu bekommen. Aluminium Nitrid bezahlbarer aber schwerer zu bekommen. Aluminium Oxid bezahlbar ca. Größenordnung 1-2 Euro pro Scheibe auch erhältlich, such mal nach Quick-Ohm oder so ähnlich.

Wenn auch das nicht die Lösung ist, dann die Folie suche nach Kerafol oder Bergquist.

Planschleifen - kompliziert - annähernd möglich bis auf 1000er Nassschleifpapier mit Glasplatte.

Kupferzwischenblock sollte machbar sein, oder den Transistor direkt ohne Matte oder Isolierung (beide plangeschliffenen Flächen, Kühlkörper und Transistor)zusammenschrauben nur mit ein wenig Wärmeleitpaste - und dann den Zwischenblock elektrisch mit Matte gegen den Kühlkörper isolieren.

Mach doch einfach Versuche an einem Transistor!! definerte Last mit verschiedenen Methoden der Montage und dabei einfach die Transistortemperatur messen mit aufgeklebtem Sensor oder Infrarot Wärmepistole zur Messung draufhalten.

Rechnen würde ich da gar nichts mehr einfach probieren. Berichte vielleicht über Resultate, würde mich auch interessieren.

Gruss Ralf

Habe mal heute ein bißchen rumprobiert ...

Opfer war ein IRFP450 im TO-247 Gehäuse, Dieser konnte gut 100W abführen und ich konnte ihn fast noch anfassen .. Thermometer werde ich mal morgen dazupacken ...

Der IRFP450 hat im Vergleich zum IRFP2907, den ich dann später verwenden will, nen fast doppelt so großen Wärmewiderstand (Junction-Case). Also sollte ein IRFP2907 bei gleicher Leistung deutlich kühler bleiben.

Verwendet wurde ein Wärmeleitpad, habe leider keine technische Daten dazu, wurde mal bei Conrad bestellt. Schwarz, extrem dünn und in ca. 20x20 cm Rohform ... der Mosfet wurde mit einer Schiene montiert, die in gleichmäßig angedrückt hat.

Hatte Freitag noch ein wenig Zeit um ausgiebigere Tests zu machen.

Dabei konnte ich mit dem vorherig genannten Wärmeleitpad bis 125W Wärme abführen. Zu meiner entäuschung stellte sich jedoch heraus, dass das Wärmeleitpad keine isolierenden Eigenschaften besitzt - Widerstand zwischen Drai und Kühlkörper ~ 18 Ohm!

Nachdem ich ein wenig in meiner Bastelschachtel gesucht hatte wurde ich fündig. Ein elektrisch isolierendes Pad, welches ich mal irgendwo ausgebaut hatte. Die Dicke des Pads war schon sehr stark, zumindest hat es keinen messbaren Übergangswiderstand. Mit diesem Pad war es mir möglich nur läppische 50W abzuführen. Habe hier sicherheitshalber aufgehört, weil mein verwendetes Thermometer nur bis 70°C anzeigt.

Dann wollte ich's wissen: Artic Silver III aus der PC-Branche durfte mal die Wärmeleitung übernehmen. Das Resultat war Beeindruckend! Einem IRFP450 konnte ich dauerhaft 250W entlocken. Bin dann noch bis knapp 300W gegangen und es gab keine Probleme, jedoch war auch hier wieder der Anzeigebereich meines Temperaturmessgerät's zuende! Bei 250W dauerhaft konnte ich die gemessene Oberflächentemperatur des Mosfets auf knapp 63°C halten. Den Kühlkörper ( >0.1 K/W ) konnte ich dabei jedoch nicht mehr lange mit der ganzen Hand umschließen da er schon unangenehm warm wurde.

Werde mich jetzt mal ans Kataloge-Wälzen machen um evtl. passende Pads zu finden. leider sind da ja immer die Wärmeleitfähigkeiten in "W/m*k" angegeben. Hier sollte ja ein möglichst großer Wert einen guten Wärmeübergang bieten.

IRFP450 / 500 V / 14 A / 190 W / Rthjc max. 0,65 K/W / Rthcs typ. 0,24 K/W


Ansteuerung auf Testbrett und Mosfet auf Kühler montiert


Temperaturanzeige bei dauerhaft abgeführten 250W


Anzeige des Netzteils

Super, so ist das der richtige Weg!!

Probieren und Experimentieren das führt zu greifbaren Resultaten.

Weiter so.

Das leitende Pad, war wahrscheinlich aus der PC Branche für eine PCU oder ähnlichem, grau und mit Graphit.

Weiter probieren, wie Du siehst sind die Qualitäten stark unterschiedlich.

Bedenke auch mal die Idee zuerst unisoliert auf einen blanken geschliffenen Alu oder Kupferblock (ein etwas größerer Zwischenblock) zu gehen und diesen dann erst elektrisch mit der guten Folie zu isolieren, das müsste das Beste Ergebnis liefern.

Die Wärmekapazität des Kühlkörpers ist irgendwann mal erschöpft, klar, dann Lüfter.

Viel Spaß

PS: als Finale Krönung mal oben drauf anstatt der Klemme falls nicht zu viel Aufwand eine klemmende Kühlkörper Konstruktion, die dann klemmt anstatt dem kleinen Klämmerchen, das zieht nochmal Wärme nach oben weg.

Habe den Thread fast aus den Augen verloren ... die 250W waren noch lange nicht alles!

Ich habe den Mosefet die folgenden Tage mit 350W auf Dauer belastet! Dabei konnte ich zwar den Kühlkörper nicht mehr anfassen, jedoch bliebt der Alu-Bügel der den Mosfet am Kühlkörper hält noch im anfassbaren Bereich. Aber ich denke mal viel mehr wird da nun nicht drin sein. Zumal der Mosfet nur auf 190 W angegeben wird. 350W sind das 1,8fache bei eine Betriebstemperatur bei der der Mosfet sogar noch en ende weniger vertragen sollte. (derating: 1,5 W/K -> bei 100°C Junction macht das 112,5W weniger -> 77,5W) -> wäre dann das 4,5fache der Datenblattangabe!!!!

An sich eigentlich enorm. Auch die heiße "Brühe" die das Lüfteraggregat ausspuckte war doch sehr sehr warm!

Habe heute den Bausatz der kleinen elektronischen Last von ELV zusammengebaut -> schon beim kalibrieren der Schaltung habe ich den enthaltenen Mosfet (Buz 71) gegrillt ...

Werde morgen mal nen Buz345 auf das Kühlaggregat schnellen und mal sehen was der so Leisten kann.

Auch die Idee mit der CU-Platte werde ich antesten. Habe ne Flachstange Kupfer (5 x 20mm) die ich mal auf nen 10cm Stück zusägen werde und dann mit dem kleinen Lüfteraggregat von ELV (0,73 K/W) testen werde. Mit diesem Kühler habe ich einen Buz345 bis ~60W belasten können. Dann sprach der Übertemp.-Schutz der Schaltung an (~105 °C).

Halte euch auf dem laufenden

Heute war wieder gutes Grillwetter

Habe den oben genannten IRFP450 auf sensationelle >455W Verlustleistung betrieben bekommen! Hat alles malwieder sehr gut überlebt, jedoch komme ich langsam an die Grenzen der Wärmeabführung ... aus dem Lüfteraggregat kommt schon Fön-Verdächtige Luft raus, den Kühlkörper an sich kann ich auch nicht mehr anfassen in der Nähe des Mosfets, am äußeren Rand gehts noch.

Morgen werde ich mir erst noch einen BUZ345 krallen und diesen auf seine Leistungsfähigkeit testen, danach nochmal den IRFP450 draufschnallen und gucken wo dann nun endlich Schluss ist! Bin ja schon bei dem knapp 2,5fachen der angegebenen maximalen Verlustleistung (Ptot), wenn man das Derating betrachtet dann beim knapp 6fachen.




der erweiterete Kühler


der 400W Testlauf (bei 100°C Tj dürften es nur noch 8,7A sein )


ich gehe mal davon aus, dass der Druck ausreichen sollte

Beim demontieren des Mosfets vom Kühler stellte sich außerdem heraus, dass die Wärmeleitpaste (Arctic Silver III) ausgetrocknet war und ein Teil sogar quasi angebrannt am Mosfet sowie Kühler war!

Wo gibts denn die besten konventionellen Wärmeleitpads die elektrisch isolieren? Bis 100V würde ja praktisch reichen.
Wo gibts ggf. Glimmer für TO-247 bzw. in großen Platten?

Gut, wieder nach einiger Zeit ein Update.

Samstag sind endlich meine geplanten Mosfets gekommen: IRFP2907 (erstmal 3 Stück zum testen da einer 4,60 Euro kostet!!!)

Heute durften diese sich damm auf'm Kühler beweisen. Leichtsinnig wie ich war (da ja der "poplige" IRFP450 auch schon >400 W mitmacht habe ich mir keine Sorge gemacht beim neuen Mosfet). Naja, bis dann bei nicht all zu hoher Last das Teil plötzlich den Geist aufgab. Nach einigem grübeln, vergleichen der techn. Daten etc. dachte ich mir 'naja, evtl. Produktionsfehler'.
Habe dann den zweiten IRFP2907 aufgeschnall und dann langsam begonnen auch diesen zu belasten. Lief alles gut, Temperatur (am Drain gemessen) war auch völlig im grünen Bereich. Bis dann auch dieser bei knapp 200W den geist aufgab.
Gut, das hat mir dann für heute gereicht .. zwei TEURE Mosfets gekillt ...

Dann musste ich's wissen: trotz weitaus besseren techn. Daten ist der IRFP2907 anscheinend nicht für el. Lasten "gedacht". Dann wurde wieder ein IRFP450 auf den Testkühler geschnallt, dieser wurde dann zudem leicht modifiziert.

Bis ~480 ließ sich der kleine Held treiben. Dann verabschiedete er sich mit einem kleinen Feuerwerk. Die Temperatur am Drain war dabei schon über die zulässigen 150°C Tj gestiegen. Das ganze munterte mich dann wieder auf. Somit werde ich wohl zum IRFP450 für meine Last greifen. Dieser kann nicht nur extrem viel ab sondern ist zudem noch um die hälfte günstiger als der andere Mosfet.

Habe dann noch einige Tests gefahren um herauszufinden, wie sich einige Isolationsmaterialien machen.

Alle Messungen mit einem IRFP450 auf einem 0.1 K/W-Kühlaggregat aufgenommen. Die Leistungen wurden ermittelt bei einer Temperatur am Drain-Beinchen von 125°C.

Silikon-WLP: 270 W
Glimmer+WLP: 115 W
Isolierpad: 55 W

Somit zeigt sich, dass die direkte Montage mit Wärmeleitpaste über doppelt so gut die Wärme leitet wie ein Glimmer-Pad mit Wärmeleitpaste.


Zu guter letzt ein paar neue Bilder


Testaufbau zur Ermittlung der max. Verlustleistung


Mosfet mit Schraubklemmen am Beinchen sowie dem Temperaturfühler am DRAIN


er starb einen heldentod!!! ruhe in frieden


Zudem stellt sich mir die Frage: Warum ist der laut Datenblatt unterlegenere IRFP450 um so viel mehr belastbar als der IRFP2907? Der IRFP450 ist ja auch nur ausgestiegen, weil er nicht mehr ausreichend Kühlung hatte (quasi Tj über 150°C -> verbrutzelt), wohingegen der IRFP2907 keinen mux von sich gab, ich merkte lediglich am Netzteil, dass es diesen zerschossen hatte.

Danke für's lesen uns jetzt bitte ich um hilfreiche kommentare