Hallo zusammen,
ich schaue mir gerade einen Umrichter im Elektroauto an. Dafür habe ich
mir auch schon ein IGBT-Modul ausgesucht:
http://www.infineon.com/dgdl/DS_FS200R07A1E3_3_0.PDF?folderId=db3a304412b407950112b4095af601e2&fileId=db3a304325afd6e001261d03d4e36001
Jetzt suche ich einen passenden Kühlkörper dafür. Im Datenblatt des
IGBTs sind Kriechstrecke und Luftstrecke von Kontakt zu Kühlkörper
angegeben (jeweils 12mm). Und von Kontakt zu Kontakt (jeweils 6,1mm).
Sind das die Angaben, die ich benötige, um mir einen passenden
Kühlkörper zu suchen? Und warum gibt es von Kontakt zu Kontakt überhaupt
einen Abstand?
Besten Dank für eure Einschätzungen!
Nein, du müsstest erstmal herausfinden wieviel Leistung der IGBT im
Betrieb maximal verbrät. Damit und der gewünschten Maximaltemperatur
kannst du dann einen Kühlkörper aussuchen.
Danke für die Antwort! So weit bin ich schon, die Verlustleistung
beträgt insgesamt knapp 850W, die maximale Sperrschichttemperatur habe
ich auch festgelegt. Nun suche ich passende Kühlklörper, um mit deren
Wärmewiderständen prüfen zu können, auf welche Temperatur das
Kühlelement gehalten werden muss. Leider werde ich von der Masse an
Kühlelementen etwas erschlagen auf der Seite von Fischer etc., weil mir
nicht klar ist, woran ich genau sehe, ob der Kühlkörper zu meinem
IGBT-Modul passt. Da fehlt mir leider völlig die Praxiserfahrung... :(
Ich würde mal empfehlen, um Faktor 10 kleiner anzufangen. 850W kriegt
man von dem kleinen IGBT-Modul bestenfalls mit Wasserkühlung weg, siehe
Kühlkörper.
Mal grob gerechnet. Im Modul beträgt der Wärmewiderstand zwischen EINEM
IGBT und dem Gehäuse bei 0,19K/W, dazu kommen 0,085K/W zwischen Gehäuse
und dem Kühlkörper. Wenn man einen idealen Kühlkörper annimmt und die
850W auf die 6 IGBTs verteilt, macht das schon mal (0,19+0,085) k/W *
141W = 40K Temperaturdifferenz. Wohl gemerkt bei einem IDEALEN
Kühlkörper mit 0K/W Wärmewiderstand!
Ok, das sehe ich ein, danke für deine Beispielrechnung! Ich habe auch
mal ein bisschen mit irgendwelchen Wärmeübergangskoeffizienten
rumgerechnet für Luft- und Wasserkühlung und hatte am Ende auch
notwendige Kontaktflächen für Luftkühlung raus, die doch jenseits von
gut und böse sind ;). Werd sonst gleich mal den notwendigen
Wärmewiderstand der KÜhlung ausrechnen, den ich gerne hätte.
Weißt du denn, wonach ich genau suchen muss, wenn ich eine passende
Wasserkühlung suche? Habe bei Fischer paar Kühlungen für IGBT-Module
gefunden, aber das wird ja dann auch von der Gehäuseform etc. abhängen
oder?
Danke für die Infos :)
http://www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/A10/Fl%C3%BCssigkeitsk%C3%BChler/PR/FLKI80_/$productCard/diagram/index.xhtml
Wisst ihr, wie man die Diagramme unten verstehen soll? Zum Beispiel das
3. Diagramm, von welcher Temperatur ist da die Rede? Die
Gehäusetemperatur des IGBT-Moduls? Und um welche Leistung geht es im
ersten Diagramm? Die die abgeführt werden kann? Und wenn ja, unter
welchen Bedingungen (welche Gehäusetemperatur vorausgesetzt,..)?
Eigentlich würde ich mir ja gerne den thermischen Widerstand in
Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit berechnen. Sehe aber nicht so
richtig, wie mir die Kennlinien da weiterhelfen sollen :(
Falk Brunner schrieb:> Ich würde mal empfehlen, um Faktor 10 kleiner anzufangen. 850W kriegt> man von dem kleinen IGBT-Modul bestenfalls mit Wasserkühlung weg, siehe> Kühlkörper.
Also ich habe bist jetzt kein Umrichter (Klasse bis 50KW) mit
Wasserkühlung gesehen, normal luftgekühlt (mit Lüfter).
Hier mal ein Beispiel: Yaskawa Umrichter
CIMR-MXN2030 (30-KW) sind folgende IGBTs verbaut:
CM300DU-12F:
DC Collector Current: 300A
Collector Emitter Voltage Vces: 600V
Power Dissipation Pd: 890W
Dieser Umrichter hat ein Kühlkörper aus Alu (20-25 Lamellen je halbe
DINA4 Seite). Luftkühlung ist in der Anlage verbaut, Luftkanal, oben
hängen dann mehrere Lüfter drinne.
Bei Dauerlast hat der Kühlkörper um 65°C, bei ca 80°C wird der Umrichter
mit einem Alarm abgeschaltet.
Gruß
Hermann
Danke für die Antworten! Luftkühlung wäre natürlich ideal, aber ich wäre
an sich schon froh, wenn ich überhaupt irgendeine geeignete Kühlung
betrachten könnte. Welche Kühlung beim Umrichter genau verwendet wirst
(Bezeichnung oder so), weißt du nicht zufällig oder?
Ich habe noch einmal ein bisschen herumgerechnet und der Wärmewiderstand
der Kühlung darf maximal 0,06K/W bei Betrachtung des gesamten
IGBT-Moduls. Wenn ich einen einzelnen IGBT betrachte, darf der
Kühlwärmewiderstand maximal 0,46KW betragen, für eine einzelne Diode
sind es 1,63K/W.
Jetzt würde ich halt gerne ein Datenblatt einer Kühlung betrachten.
Leider ist mit bei der Fischer-Kühlung immernoch nicht klar, wie ich aus
den Diagrammen auf den thermischen Widerstand schließen kann. Umso mehr
Liter Wasser ich pro Stunde durchschiebe, desto geringer wird er werden.
Aber mir fehlen irgendwie konkrete Werte ;). Finde das alles etwas
verwirrend...
Oder kennt ihr vielleicht noch mehr Hersteller für Kühlungen von
IGBT-Modulen? Google hilft einem bei so speziellen Sachen irgendwie nur
bedingt weiter..
Besten Dank!
hrf schrieb:> Danke für die Antworten! Luftkühlung wäre natürlich ideal, aber> ich wäre> an sich schon froh, wenn ich überhaupt irgendeine geeignete Kühlung> betrachten könnte. Welche Kühlung beim Umrichter genau verwendet wirst> (Bezeichnung oder so), weißt du nicht zufällig oder?>> Ich habe noch einmal ein bisschen herumgerechnet und der Wärmewiderstand> der Kühlung darf maximal 0,06K/W bei Betrachtung des gesamten> IGBT-Moduls. Wenn ich einen einzelnen IGBT betrachte, darf der> Kühlwärmewiderstand maximal 0,46KW betragen, für eine einzelne Diode> sind es 1,63K/W.>> Jetzt würde ich halt gerne ein Datenblatt einer Kühlung betrachten.> Leider ist mit bei der Fischer-Kühlung immernoch nicht klar, wie ich aus> den Diagrammen auf den thermischen Widerstand schließen kann. Umso mehr> Liter Wasser ich pro Stunde durchschiebe, desto geringer wird er werden.> Aber mir fehlen irgendwie konkrete Werte ;). Finde das alles etwas> verwirrend...>> Oder kennt ihr vielleicht noch mehr Hersteller für Kühlungen von> IGBT-Modulen? Google hilft einem bei so speziellen Sachen irgendwie nur> bedingt weiter..>> Besten Dank!
Deinen Fragen nach solltest DU erst einmal lesen, lesen und nochmals
lesen. Wo DU lesen sollst? Im Fischerkatalog (auch als pdf erhältlich)
finden sich unmengen an Infos, wie Kühlung zu berechnen ist, wie sie
aussehen kann und überhaupt.
Denn wir (also die, die Du immer mit "kennt ihr..." ansprichst) haben
das auch irgendwann einmal gelernt. Entweder auf die harte Tour indem
einem die Teile um die Ohren geflogen sind (damaliger jugendlicher
Leichtsinn, (mein 500W - Linearnetzteil anno dazumal war so eine
Baustelle...)) oder doch gleich mit der Theorie angefangen - weniger
spektakulär aber meist doch irgendwie billiger.
Daher als gutgemeinter Vorschlag: lese Dich bei og. Hersteller ein und
fang einmal mit was kleinerem an, 850W sind nicht ohne.
Und IGBTs sind ja sowieso eine interessante Baustelle, die mir bei allem
Respekt vor Deiner Neugier - Deinen Fragen nach doch etwas zu hoch für
Dich sind. Denn da ist nicht nur die Kühlung was kritisches, auch das
Ein/Ausschalten dieser Teile will gekonnt sein. Und zwar wie....
Grüße
MiWi
Den Katalog habe ich mir schon längst runtergeladen und außer bei meinem
Flüssigkeitskühlkörpern steht auch quasi immer eine hübsche Kurve zum
thermischen Widerstand drin. Nur eben bei dem nicht, den ich betrachten
möchte:
http://www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/A10/Fl%C3%BCssigkeitsk%C3%BChler/PR/FLKI80_/$productCard/diagram/index.xhtml
Gut möglich, dass ich irgendetwas überlesen habe, dann tut es mir leid.
Aber dann kannst du mir ja bestimmt auch verraten, WO (Katalog-Seite?
Link? Buch?) ich mich dazu schlaulesen kann, um von den gegebenen
Kennlinien auf den thermischen Widerstand zu schließen. Wenn nicht,
erschließt sich mir der Sinn deines Beitrages nicht so richtig. Dass man
alles IRGENDWO nachlesen kann, ist mir schon klar, wenn man so
argumentiert, könnte man das Forum auch dichtmachen...
hrf schrieb:> außer bei meinem> Flüssigkeitskühlkörpern steht auch quasi immer eine hübsche Kurve zum> thermischen Widerstand drin.
Bei einem "normalen" Kühlkörper ist die Betrachtung über den thermischen
Widerstand sinnvoll: je mehr Leistung über den Kühlkörper abgeführt
wird, desto heißer wird er. Der Temperaturanstieg ist also (ungefähr)
proportinal zur Leistung.
Beim Flüssigkeitskühlkörper ist es eine andere Situation. In erster
Näherung gilt: die Temperatur beim Flüssigkeitseinlass ergibt sich aus
der Temperatur der Kühlflüssigkeit. Die Temperatur am Auslass erhöht
sich entsprechend der aufgenommenen Wärmemenge, die von der
Durchflussgeschwindigkeit abhängt.
Als Rechenbeispiel: um einen Durchfluss von 300l/h zu erhalten benötigst
du beim FLKI80 eine Überdruck von ca. 130mbar. (Diagramm 2 in deinem
Link). Damit schafft dieser Kühlkörper eine Wärmemenge von 1800W weg.
(Diagramm 1) Die Temperatur vorne am Kühlkörper ist durch die Temperatur
deines Kühlmittels gegeben. Die Temperatur hinten ergibt sich
folgendermaßen:
dQ = 1800W / (300l/s) = 21,6kJ/l Mit der Wäremkapazität von Wasser
ergibt das eine Erwärmung von 5K (beim einmaligen Durchlauf). Diese
Erwärmung musst du irgendwo wieder loswerden bevor das Kühlmittel erneut
in den Kühlkörper gepumpt wird (sonst heizt sich das Kühlmittel immer
weiter auf).
Wir sind Hersteller von Flüssigkeitskühlkörpern unterschidlicher Größe.
Bei Interesse können Sie in unserer www.efe-essbach.de reinschauen.
Für die e-mobilität haben wir wassergkühlte Fahrteregler und für die
Antrieb wassergekühlte Motorstatoren in Fertigung.
m.f.G.
Volker Eßbach
Alles klar, vielen Dank für die Antworten, haben mir sehr
weitergeholfen!
Wollte aber doch erstmal schaun, ob eine Luftkühlung nicht vielleicht
doch ausreicht. Wenn ich mir jetzt eine Luftkühlung betrachte, sind
Lamellenkühlkörper vermutlich die erfolgsversprechendste Variante, da
der Lüftungsstrom dort am besten geführt wird. Die Variante hatte
Hermann U. ja auch schon erwähnt in seinem Beitrag zum 30kW-Umrichter.
http://www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/A09/Lamellenk%C3%BChlk%C3%B6rper/PR/KTE1_/$productCard/dimensionParameters/index.xhtml
Damit lassen sich thermische Widerstände von 0,25K/W erreichen. Die
werden an meinem IGBT-Modul befestigt und mit Luft durchströmt, wenn ich
das richtig sehe. Wenn ich für Ober- und Unterseite jeweils einen
werwende, bin ich schon auf 0,125K/W runter. Darf man das so machen? Und
wenn ja, kann ich es auch schaffen, 4 von denen unterzubringen, um auf
0,06K/W herunterzukommen? Ich merke irgendwie gerade mal wieder, dass
ich zu sehr aus der Theorie komme^^
Mein Beitrag von eben hat sich erledigt, die Kühlkörper von
Seifert-Electronic sehen von den Kennwerten noch vielversprechender aus:
http://q04.digtion.de/qanportal/Uploads/seifert_punkte/pdfs/23%5B0%5D.pdf
Würde man das denn in der Paxis so machen, dass Ober- und Unterseite des
IGBT-Moduls jeweils einen Lamellenkühlkörper bekommen?
hrf schrieb:> Welche Kühlung beim Umrichter genau verwendet wirst> (Bezeichnung oder so), weißt du nicht zufällig oder?
Das ist bestimmt Sonderfertigung bei Yaskawa (Eventuell auch eigene
Fertigung), und es gibt leider keine Bezeichnung.
hrf schrieb:> Lamellenkühlkörper vermutlich die erfolgsversprechendste Variante, da> der Lüftungsstrom dort am besten geführt wird. Die Variante hatte> Hermann U. ja auch schon erwähnt in seinem Beitrag zum 30kW-Umrichter.
Ich hab bis jetzt noch keine Umrichter in dieser Leistungsklasse mit
Wasserkühlung gesehen ;-)
HF- und normale Spindel werden oft mit Flüssigkeit gekühlt, aber
Umrichter noch nicht gesehen.
hrf schrieb:> Mein Beitrag von eben hat sich erledigt, die Kühlkörper von> Seifert-Electronic sehen von den Kennwerten noch vielversprechender aus:>> http://q04.digtion.de/qanportal/Uploads/seifert_punkte/pdfs/23%5B0%5D.pdf
Da bist ja schon auf dem richtigen Weg, die sehen nämlich bei
CIMR-MXN2030 ähnlich aus. Guck mal einfach wie die Profis machen, aber
ausrechnen musst du so oder so, und Reserven einplanen, falls mal die
Lamellen nach Jahren zu werden. ;-)
hrf schrieb:> Würde man das denn in der Paxis so machen, dass Ober- und Unterseite des> IGBT-Moduls jeweils einen Lamellenkühlkörper bekommen?
Wie Oberseite ? die Wärme wird meistens von Unterseite des IGBT-Moduls
abgeführt. Es gibt noch Lüfter für IGBTs und Leistungsteil (nicht für
Kühlkörper), sowas gibts auch.
Gruß
Hermann
hrf schrieb:> scheint das wohl> tatsächlich einseitig gekühlt zu werden (habe sowas leider noch nie in> der Hand gehabt):
doppelseitig habe noch nicht gesehen, und ich hab schon einiges gesehen
;-)
auch IGBT-Umrichtersysteme für Windkraftanlagen ca 1MW.
Sowie es aussieht hast du wenig Ahnung, dafür bräuchtest du Jahrelange
Erfahrung, ich würde erstmal ganz klein anfangen mit IGBTs im TO-247
Gehäuse :-)
Gruß
Hermann
Mit dem 1MW-Beispiel hast du mich überzeugt ;). Stimmt, die Ahnung
versuche ich gerade irgendwie anzueignen ;). Hatte bisher tatsächlich
nur mit TO-247 Gehäuse zu tun in der Praxis. Son IGBT-Modul hab ich
bisher noch nie in der Hand gehalten^^
Neben Fischer Elektronik und Seifert electronic kennst du vermutlich
auch nicht mehr Hersteller für Lamellenkühlkörper so aus dem Stand oder?
Die Kühlkörper von Fischer sind mir eigentlich zu klein, die von Seifert
zu groß ;).
hrf schrieb:
Im Datenblatt des
> IGBTs sind Kriechstrecke und Luftstrecke von Kontakt zu Kühlkörper> angegeben (jeweils 12mm). Und von Kontakt zu Kontakt (jeweils 6,1mm).> Sind das die Angaben, die ich benötige, um mir einen passenden> Kühlkörper zu suchen?
Luft- und Kriechstrecken werden als Isolation benötigt. Das hat mit
Kühlung nichts zu run.
hrf schrieb:> Alles klar, danke für die Info, wieder was gelernt^^
Wenn Du mehr Wissen willst solltest Du Dir das Referenzbuch von Infineon
mal näher ansehen.
http://www.infineon.com/cms/en/product/promopages/Reference_book_IGBT_Modules/index.html
Darin sind die meisten Aspekte der Anwendung von IGBT Modulen
beschrieben. Die Autoren wissen tatsächlich wovon sie schreiben da sie
jahrelange Erfahrungen mit IGBT's haben.
Insgesamt kann ich Dir nur empfehlen mit einem kleineren Umrichter mit
Einzel-IGBT’s im TO Gehäuse zu beginnen. Die Ansteuerung und Kühlung im
Fahrzeug ist nicht ohne. IGBT Module haben leider die Angewohnheit laut
zu sterben indem sie förmlich explodieren. Das in den Modulen
verarbeitete Silikon Gel gibt dann eine herrliche Sauerei in der
Umgebung.
Gruss
Rainer
Hallo hrf,
warum nimmst Du für den Anfang nicht das Hybrid-Kit von Infineon? Da ist
alles Dabei was Du brauchst, kostet allerdings auch schlappe 2000€ :-)
http://www.ehitex.de/application-kits/infineon/431/hybridkit1-pinfin?c=28
Das das ganze nicht trivial ist wurde ja schon mehrfach gesagt, ich bin
auch neu auf dem Gebiet und entwickle seit 3-4 Monaten an
Treiberschaltungen für IGBTs. Von daher würde ich Dir empfehlen die
fertige Lösung zu nehmen und daraus zu lernen um dann selbst etwas
ähnliches aufzubauen...
Gruß
Mario
