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/search.xhtml Sowas sieht doch ganz vielversprechend aus. Meint ihr, das passt für mein IGBT-Modul? Das IGBT-Modul ist wohl auch extra für Wasserkühlung ausgelegt, wenn ich das richtig verstanden habe (PinFin). Besten Dank!
http://www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/A10/Fl%C3%BCssigkeitsk%C3%BChler/PR/FLKI80_/$productCard/diagram/index.xhtml Wisst ihr, wie man die Diagramme unten verstehen soll? Zum Beispiel das 3. Diagramm, von welcher Temperatur ist da die Rede? Die Gehäusetemperatur des IGBT-Moduls? Und um welche Leistung geht es im ersten Diagramm? Die die abgeführt werden kann? Und wenn ja, unter welchen Bedingungen (welche Gehäusetemperatur vorausgesetzt,..)? Eigentlich würde ich mir ja gerne den thermischen Widerstand in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit berechnen. Sehe aber nicht so richtig, wie mir die Kennlinien da weiterhelfen sollen :(
> http://www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/A10/Fl%C3%BCssigkeitsk%C3%BChler/PR/FLKI80_/$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? Ich nehme stark an, daß es sich dabei um die Temperatur des Kühlkörpers bei einer konstanten Einlauftemperatur von 26°C des Wasser-Glykol-Gemischs 60 zu 40 handelt. > Und um welche Leistung geht es im ersten Diagramm? Dort steht Q_Punkt, also ist wohl der Wärmestrom gemeint.
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
Alles klar, dann bin ich jetzt gut gewappnet zum Thema Kühlung :). Wenn ich mir das Bild meines IGBT-Moduls so anschaue, scheint das wohl tatsächlich einseitig gekühlt zu werden (habe sowas leider noch nie in der Hand gehabt): http://www.infineon.com/cms/de/product/power-modules,-discs-and-systems/automotive-igbt-modules/hybridpack-tm-modules/hybridpack-tm1/FS200R07A1E3/productType.html?productType=db3a304425afcf6a0126652149596581 Besten Dank! Gruß hrf
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
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