Kühlkonzepte für Leistungselektronik

Optimiertes Wärme-Management für IGBT-Module und PressPack-Leistungshalbleiter

04.05.2010 | Autor / Redakteur: Konrad Laufs* / Gerd Kucera

Unterschiedliche Kühllösungen für Leistungshalbleiter
Unterschiedliche Kühllösungen für Leistungshalbleiter

Aktuelle Entwicklungen der Leistungshalbleiter stellen gezielt höhere Anforderungen an Kühlmethoden. Deshalb sind beispielsweise für Power-Module angepasste Lösungen entwickelt worden, die der Beitrag exemplarisch vorstellt.

Ingenieure der Leistungselektronik in ganz Europa entwickeln neue Stromrichter für beispielsweise erneuerbare Energien, Transport, Energieübertragung oder industrielle Anwendungen. Die Herausforderungen sind dabei Leistungsdichten zu erhöhen, neue IGBT-Module verschiedener Hersteller zu integrieren und innovative und kosteneffektive Konzepte umzusetzen. So wurden auch für die Kühlung der Leistungshalbleiter neue, angepasste Lösungen entwickelt. Die Unternehmen AMS Technologies und Webra stellten auf der PCIM eine Vielzahl neuer Wasserkühler, Luftkühler und Lösungen für PressPack-Scheiben vor.

Zwei unterschiedliche Methoden: Luft- und Wasserkühlung

Moderne Leistungshalbleiter sind außerordentlich effizient und zunehmend auch bei höheren Temperaturen einsetzbar. Die damit verbundenen höheren Leistungsdichten stellen auch höhere Anforderungen an das Kühlsystem. Die Verlustleistung wird üblicherweise an die Luft abgeführt, entweder direkt über Kühlkörper oder über den Umweg Wasserkühlung.

Diagramm 1: Performance-Kurven des Kühlprofils Webra W-240-64-15-23 für drei Komponenten des PrimePACK3-Formats
Diagramm 1: Performance-Kurven des Kühlprofils Webra W-240-64-15-23 für drei Komponenten des PrimePACK3-Formats

Diagramm 1 zeigt die Performance-Kurven des Webra-Kühlkörpers W-240-64-15-23 für drei Komponenten des PrimePACK3-Formats. Je nach Lüfter (denkbar sind leistungsstarke Lüfter bis 1 kW) können so 1 bis 2 kW Verlustleistung je Komponente abgeführt werden.

Diagramm 2: In Kombination mit entsprechend ausgelegten Wärmetauschern können bis zu 4 kW Verlustleistung je Komponente abgeführt werden
Diagramm 2: In Kombination mit entsprechend ausgelegten Wärmetauschern können bis zu 4 kW Verlustleistung je Komponente abgeführt werden

Im Diagramm 2 sind die Performance-Kurven eines Webra-Wasserkühlers ebenfalls für 3 Komponenten PrimePACK3 dargestellt. In Kombination mit entsprechend ausgelegten Wärmetauschern können bis zu etwa 4 kW Verlustleistung je Komponente abgeführt werden.

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