5 Applikationshinweise für IGBT- und MOSFET-Module - Semikron
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5 <strong>Applikationshinweise</strong> <strong>für</strong> <strong>IGBT</strong>- <strong>und</strong> <strong>MOSFET</strong>-<strong>Module</strong><br />
Eine Vergrößerung der Grenzfläche Kühlkörper – Kühlmedium bewirkt einen verbesserten Wärmeübergang.<br />
Der Anzahl von Kühlkanälen beim klassischen Kühler sind Grenzen gesetzt. Beim<br />
Pin Fin-Kühler ragen kleine Säulen in die Kühlflüssigkeit, vergrößern die Kontaktfläche <strong>und</strong> sorgen<br />
außerdem <strong>für</strong> ausreichend Turbulenzen (Bild 5.3.12).<br />
a) b)<br />
Bild 5.3.12 Pin Fin-Flüssigkeitskühler zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche; a) Prinzipzeichnung;<br />
b) Foto der Kühlseite<br />
Durch besondere Formgebung des Flüssigkeitskühlkörpers <strong>und</strong> eine genügend hohe Strömungsgeschwindigkeit<br />
der Flüssigkeit wird eine turbulente Strömung erzeugt, die den Übergangswärmewiderstand<br />
zwischen Kühlkörper <strong>und</strong> Flüssigkeit drastisch reduziert (siehe z.B. auch Spiraleinsätze<br />
in Bild 5.3.16). Ohne Turbulenzen bildet sich ein Flüssigkeitsfilm an der Kühlwandoberfläche,<br />
welche den Wärmeübergang behindert.<br />
Noch mehr als beim Luftkühler ist eine gleichmäßige Verteilung der Wärmequellen auf der Kühlkörperfläche<br />
entscheidend <strong>für</strong> einen geringen Wärmewiderstand. Wegen des hohen Wärmeübergangswertes<br />
von einigen 1000 W/(m²*K) wird der Wärmestrom ohne große Querleitung zur Kühlflüssigkeit<br />
abgeleitet. Es wird also im wesentlichen nur die Fläche zur Kühlung genutzt, auf der<br />
Leistungshalbleitermodule montiert sind. Kupfer anstatt Aluminium als Kühlkörpermaterial reduziert<br />
den Durchgangswiderstand, erhöht die Querleitung <strong>und</strong> vergrößert damit auch die effektive<br />
Kühlfläche. Mit einem Kupferkühler kann der R <strong>für</strong> ein Standard <strong>IGBT</strong> Modul um ca. 20%<br />
th(j-a)<br />
verringert werden.<br />
Der R ist vor allem bei Wasser/Glykolgemischen wegen der Viskosität des Glykols von der<br />
th(s-a)<br />
Kühlmitteltemperatur abhängig, zum geringen Teil auch wegen der sich ändernden Dichte des<br />
Kühlmediums. So wurde <strong>für</strong> ein Gemisch von 50% Glykol / 50%Wasser im Bereich von 10°C <strong>und</strong><br />
70°C eine Verringerung des R zwischen Temperatursensor <strong>und</strong> Wasser um ca. 25% ermittelt<br />
th(r-a)<br />
(Bild 5.3.13).<br />
Bild 5.3.13 Abhängigkeit des Kühlkörperwiderstandes von der Einlasstemperatur der Kühlflüssigkeit<br />
(NHC152 + SKiM459GD12E4 Temperatursensor)<br />
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