Hallo, in unserem Gerät sind Leistungsbauteile im TO247 Gehäuse über eine Isolierfolie an einen geerdeten Kühlkörper mit einer Metallschraube M3 angeschraubt (s.Foto). Bei der EMV Surge Prüfung 4 KV L1 gegen PE (Safety Norm) hat es einen Überschlag vom IGBT auf den Kühlkörper gegeben. Spannungsbegrenzer (Funkenstrecke L zu PE) ist nicht vorhanden. Gibt es eine andere Möglichkeit, diese Überschläge zu vermeiden ? Eine Kunststoffschraube ist nicht fest genug.
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Dirk F. schrieb: > Gibt es eine andere Möglichkeit, diese Überschläge zu vermeiden ? Welche Wärmeleitpaste verwendest du denn noch zwischen Bauteil und Folie? Die sollte natürlich auch nicht-leitend sein...
Dirk F. schrieb: > (s.Foto). Wie sieht der konkrete mechanische Aufbau aus? Welche Wärmeleitpaste wurde verwendet?
Dirk F. schrieb: > Eine Kunststoffschraube ist nicht fest genug. Es gibt da recht verschiedene. GFK-Schrauben getestet?
Da hilft meiner Meinung nach nur Klemmen. Die Metallschraube ist zu nah am Kühlpad.
Alal A. schrieb: > Welche Wärmeleitpaste verwendest du denn noch zwischen Bauteil und > Folie? Die sollte natürlich auch nicht-leitend sein... Keine. Isolierfolie BSC80 HTG 2GF50 von Aismalibar (>=4KV) mit Füller beidseitig.
Dirk F. schrieb: > Guter Vorschlag. Das macht doch keinen Unterschied, das Loch in der Folie ist immer noch da, die Strecke zum Kühlkörper ist gleich, egal ob Metall- oder GFK-Schraube... Durch die hohe Spannung ist es über den Füller durchgeschlagen, entweder muss das Loch zum Kühlkörper weg (-> Bauteil klemmen) oder du musst eine andere Folien-Pasten/Fillerkombination nehmen
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Beim Bohren oder Gewindeschneiden kann sich ein Grat lösen und in die Isolierfolie gequetscht werden. Ich nehme daher Aluminiumoxidscheiben. https://www.fischerelektronik.de/web_fischer/de_DE/K%C3%BChlk%C3%B6rper/E01.06/Aluminiumoxidscheiben/search.xhtml
H. H. schrieb: > Kühlkörper dann nicht mehr geerdet? Wo ist das Verb in deinem Beitrag? Der Kühlkörper ist ganz sicher nicht durch die Befestigungsschrauben der IGBTs geerdet. Wenn der Kühlkörper nicht geerdet ist, kann dort auch bei der Spannungsprüfung nichts mehr durchschlagen.
Da die Überschläge in der Nähe des Lochs sind, würde ich den beliebten Fehler "schlecht entgratet" vermuten. Kühlkörper und Isolation sind oft auch wunder Punkt, wenn etwas repariert werden soll. Deswegen bessere Lösung suchen!
Dirk F. schrieb: > H. H. schrieb: >> Kühlkörper dann nicht mehr geerdet? > > Der Kühlkörper ist an anderer Stelle geerdet. Dann bringen Kunststoffschrauben ja auch nur wenig, so wie Schaftschrauben aus Metall.
Wolfgang R. schrieb: > Da hilft meiner Meinung nach nur Klemmen. Die Metallschraube ist zu nah > am Kühlpad. Für Klammern ist leider kein Platz vorhanden.
Dirk F. schrieb: > Leistungsbauteile im TO247 Gehäuse Was für welche sind das denn? Evtl gibts ja was passendes in isoliertem Gehäuse.
H. H. schrieb: > Was für welche sind das denn? Evtl gibts ja was passendes in isoliertem > Gehäuse. IGBT IXYH55N120A4 Diode APT30DQ120BG Doppeldiode DSP25-12A
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Dirk F. schrieb: > in unserem Gerät sind Leistungsbauteile im TO247 Gehäuse über eine > Isolierfolie an einen geerdeten Kühlkörper mit einer Metallschraube M3 > angeschraubt (s.Foto). Die allermeisten Elektronikgerätehersteller verzichten inzwischen auf die Nutzung des Schraubloches und legen eine vollflächige Isolierscheibe drunter oder stecken das Bauteil in einen Isolierschlauch. Festgehalten wird das Bauteil dann von der Plastikseite aus, entweder per Federklammer oder per Blechstreifen der über 2 nebeneinanderliegende TO247 geht wie bei dir und in der Mitte mit nur einer Schraube festgeschraubt wird. Denn Schraube im Loch ergibt ungleichmässigen Anpressdruck und schlechte Kühlung, mittig iben drauf drücken, ggf. noch federnd hingegen besten Kontakt.
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wie dick ist der Kühlkörper? kannst du das Loch für das Gewinde auf ein paar mm Tiefe größer bohren?
Wie kommen die 4 kV überhaupt an den IGBT? Normalerweise hat man da Varistoren oder TVS Dioden am Eingang, die die Überspannung begrenzen...
R. L. schrieb: > kannst du das Loch für das Gewinde auf ein paar mm Tiefe größer bohren? Ah, ich verstehe. Eine zusätzliche Kegelsenkung im Gewindeloch anbringen, um den Abstand zu vergrößern. Gute Idee. Setzt aber eine Kunststoffschraube voraus.
Udo K. schrieb: > Wie kommen die 4 kV überhaupt an den IGBT? Normalerweise hat man da > Varistoren oder TVS Dioden am Eingang, die die Überspannung begrenzen... Varistor zwischen L1-L2 ist vorhanden. Deshalb ist bei der Surge Prüfung L1 nach L2 auch nichts passiert. Varistoren direkt nach PE mach man wohl nicht. Nur mit einer Funkenstrecke. Dafür ist kein Platz da. 2 KV Surge L1 nach PE wurde ja auch überstanden. Normale Industrienorm. Nur für die Safety Prüfung mit 4 KV hats geknallt. Prüfung trotzdem bestanden, da der sicher Zustand erhalten blieb.
Hast einen gütigen Prüfer gehabt, der nur den IST-Zustand bewertet hat. Aus Reparatur-Erfahrung sollte man solche Probleme umgehen, da nicht jeder Techniker, der später irgendwo ein Teil tauscht, eine 4kV Prüfanlage herumschleppt.
ich weiß es eben nicht genaues, aber man verwendet auch Epoxikleber als Wärmeleitpaste, vielleicht kann die auch gegen Überschlag abdichten. ich habe letztens mal das Angebot von einem Kleber-als-Wärmeleitpaste-Anbieter überflogen. Epotek https://www.epotek.com/wp-content/uploads/2021/01/Optimizing-Thermal-Management%E2%80%A6-with-EPO-TEK%C2%AE-Thermally-Conductive-Adhesives.pdf
Ich nehm Isoliernippel. Aber die Sache mit dem Bohrgrat ist auch hier schon vorgekommen. Deswegen bekommt die Metallschraube noch einen Isolierschlauch drübergeschrumpft. ciao gustav
Rainer D. schrieb: > 4kV über eine 2mm Strecke? Ihr Optimisten! Das ist keine Oberfläche oder Luftstrecke.
H. H. schrieb: > Das ist keine Oberfläche oder Luftstrecke. Nun, 4kV auf 2mm, da reichen schon schmutzige Fingerabdrücke, oder Abrieb von den Pins anderer Bauteile auf dem Isokörper des Halbleiters, odgl.
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"Steht so in der Norm" Eure Diskussion finde ich ja ganz interessant, aber beim nächsten Bauteiltausch beim Kunden (am Ende der Welt) kann die Aktion mächtig schiefgehen! Wer hatte schon Geräte für die 4kV-Prüfung in der Hosentasche?
Der Surge-Test ist Bestandteil der Typprüfung, bei einer Stückprüfung hat der nichts verloren.
Außerdem wird man bei einem sicherheitskritischen Gerät wie hier im Feld keinen Tausch auf Komponentenebene machen, sondern vermutlich das ganze Gerät oder Modul tauschen inkl. Gehäuse. Eben weil man solche Dinge wie die korrekte Isolation, korrekte Montage der Isolations+Kühlfolien, Spanfreiheit der Gewinde etc. im Feld nur schwer sicherstellen kann.
Dieter W. schrieb: > hat der nichts verloren Es wäre nicht der 1. Betriebselektriker, der Geräte kaputtgeprüft hat. Wenn man wenig Ärger haben will, entwickelt man anders. Ein Flug ans Ende der Welt mit Hotelübernachtung verursacht Kosten und Produktionsausfall...
H. H. schrieb: > Rainer D. schrieb: >> 4kV über eine 2mm Strecke? Ihr Optimisten! > > Das ist keine Oberfläche oder Luftstrecke. Sondern was? Wir betrachten das auch immer als Luft- und Kriechstrecke. Das sind 2mm Abstand zwischen Drain und PE. Mit unklaren Verhältnissen. Wenn das Isolierpad eine kleine Beschädigung hat oder nur ein Haar dreufliegt, ist das sofort Luftstrecke.
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Dirk F. schrieb: > Lu schrieb: >> Hast einen gütigen Prüfer gehabt > > Steht so in der Norm DIN EN 61000-6-7 Naja, da steht drinnen, dass wenn du vor der Prüfung sagst, dass das defekt werden darf, dann darf er während der Prüfung das druchnicken... anders herum nicht. Ich glaube "gütiger Prüfer" war da so gemeint :) 73
Benjamin K. schrieb: > Wenn das Isolierpad eine kleine Beschädigung hat oder nur ein Haar > dreufliegt, ist das sofort Luftstrecke. Dann ist es ja gut, dass der Fehler durch den Test entdeckt wird.
Ein Spezialist hat bei uns mal die Schrauben so arg festgezogen das das Wärmeleitpad regelrecht zerdrückt worden ist. Vorher die Bauteile ausrichten und dann DEFINIERT festschrauben. Glimmer ist da wesentlich robuster.
Benjamin K. schrieb: > Wir betrachten das auch immer als Luft- und Kriechstrecke. Kann man machen. Führt dann aber zu absurden Luft und Kriechstrecken und zu äußerst unhandlichen Konstruktionen. Bereits ein Streifen Tesafilm isoliert ganz locker 1KV. Beim TO ist ganz offesichtlich durch schlechte Verarbeitung oder ungeeignete Materalien ein Überschlag passiert. Das kann man jetzt bis zum Exzess theoretisieren und nach 'immer einmal mehr' rufen, oder man macht es eben einfach richtig. BSC80 HTG 2GF50 ist laut DB bis min 4kV Isolierend. Das ist arg knapp. Nach meiner Ansicht ist es auch nicht zur Schraube durchgeschlagen, sondern vom Heat Spreader zum Kühlkörper. Und zwar genau da wo der Anpressdruck der Schraube das Material so weit komprimiert hat das es eben nicht mehr 180µm dick war und 4KV aushalten konnte. Also einfach ein besseres Material nehmen und die Anzugsmomente im Blick behalten.
Warum gibt es eigentlich so wenig Leistungshalbleiter mit isoliertem Gehäuse? Ist natürlich klar dass man damit einen höheren thermischen Widerstand (und damit auch eine geringere Maximalleistung) ins Datenblatt schreiben müsste - aber die Gesamt-Performance sollte immer noch mindestens genauso gut sein wie mit Metallgehäuse und zusätzlicher Isolierscheibe (und gegebenenfalls 2x Wärmeleitpaste). Für den Kunden hätte man damit weniger Montageaufwand, weniger Risiko dass das Gerät beim Test durchfällt und noch dazu eine geringere Fehlerwahrscheinlichkeit/weniger Ausschuss in der Produktion.
H. H. schrieb: > Jakob L. schrieb: >> Leistungshalbleiter mit isoliertem >> Gehäuse > > Meistens nur 2,5kVAC garantiert. Na ja wenn die üblichen Normen 4 kV (zumindest als kurzzeitigen Surge) fordern dann könnte ein Hersteller durchaus auf die Idee kommen, dafür passend spezifizierte Teile auf den Markt zu bringen. So groß ist der Unterschied zwischen 2.5 kVAC (also ca. 3.5 kV Peak) und 4 kV dann auch nicht.
Jakob L. schrieb: > H. H. schrieb: >> Jakob L. schrieb: >>> Leistungshalbleiter mit isoliertem >>> Gehäuse >> >> Meistens nur 2,5kVAC garantiert. > > Na ja wenn die üblichen Normen 4 kV (zumindest als kurzzeitigen Surge) > fordern dann könnte ein Hersteller durchaus auf die Idee kommen, dafür > passend spezifizierte Teile auf den Markt zu bringen. So groß ist der > Unterschied zwischen 2.5 kVAC (also ca. 3.5 kV Peak) und 4 kV dann auch > nicht. Es gibt ja welche, aber eben sehr wenige, und nicht mechanisch kompatibel zu TO-247. Siehe ISOPLUS264 bei Littelfuse/IXYS.
Jakob L. schrieb: > - aber die Gesamt-Performance sollte immer noch mindestens genauso gut > sein wie mit Metallgehäuse und zusätzlicher Isolierscheibe Nein. TO220F etc. erreichen die Isolierung ja durch Gehäuse-Epoxy, das ist dicker und schlechter als Kapton-Folie etc. Aber wer verballert heute noch Leistung ? Man will maschinenbestückbare SMD Bauteile, die ihre Verluste über die Platine loswerden können, alles andere wäre Handarbeit und damit viel zu teuer. Lieber dann aufwändigere Schaltungstechnik, Schaltregler statt Linearregler, ClassD statt ClassAB.
Michael B. schrieb: > TO220F etc. erreichen die Isolierung ja durch Gehäuse-Epoxy, das ist > dicker und schlechter als Kapton-Folie etc. Es gibt auch wärmeleitfähige Keramik, z.B. bei den Triacs von ST. Aber auch da meist nur bis 2,5kVAC.
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