Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik
Technische Universität München
Leistungselektronik Grundlagen und Standardanwendungen Verlustleistung und Kühlung
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Vollbild
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Gliederung
1
Theorie
2
Übungsaufgaben
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Gliederung
1
Theorie
2
Übungsaufgaben
Verluste Thermisches Ersatzschaltbild
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 2
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Gliederung
1
Theorie
2
Übungsaufgaben
Verluste Thermisches Ersatzschaltbild
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Verluste
Arten von Verlusten in (leistungs-)elektronischen Bauelementen: 1. Durchlassverluste 2. Sperrverluste 3. Steuerverluste 4. Ein- und Ausschaltverluste
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Durchlassverluste i
∆i ∆u 0
0
US
u
Durchlasskennlinie einer Diode bzw. eines Thyristors ‚ Leitende (spannungsführende) Bauteile: Spannungsabfall ‚ Dioden und Thyristoren: Typische Durchlasskennlinie
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Durchlassverluste i
∆i ∆u 0
US
0
u
Durchlasskennlinie einer Diode bzw. eines Thyristors Vereinfachung: Näherungsgerade ‚ Schneidet Spannungs-Achse im Punkt u “ US ‚ US : Schleusenspannung
‚ Differentieller Widerstand: rD “
∆u ∆i
‚ Gleichung: u “ US ` rD ¨ i Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Durchlassverluste i
∆i ∆u 0
u
US
0
Durchlasskennlinie einer Diode bzw. eines Thyristors ‚ Zeitabhängige Verlustleistung: pD “ u ¨ i “ US ¨ i ` rD ¨ i2 ‚ Falls u und i periodisch zeitabhängig: 1 PD “ T Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
żT 0
1 pD dt “ US ¨ T
żT 0
1 i dt ` rD ¨ T
żT i2 dt 0 Seite 4
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Durchlassverluste i
∆i ∆u 0
US
0
u
Durchlasskennlinie einer Diode bzw. eines Thyristors d T T ş ş ‚ Zeitlicher Mittelwert: IAV “ T1 i dt Effektivwert: IRMS “ T1 i2 dt 0
‚ ‚
2 Somit: PD “ US IAV ` rD IRMS (auch für Bipolartransistor oder 2 Feldeffekttransistor: PD “ IRMS Ron Ron zwischen Drain und Source näherungsweise konstant
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
0
IGBT)
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Sperrverluste uR
0
0 IR
iR Sperrkennlinie einer Diode bzw. eines Thyristors ‚ Hohe anliegende Spannung ñ Geringer Sperrstrom fließt
‚ Abschätzung der Sperrverluste: Sperrspannung uR ptq muss bekannt sein Zeitverlauf des Sperrstroms iR ptq mittels Ersatzgeraden abschätzbar
‚ Oftmals ausreichend: Annahme, dass Sperrstrom iR ptq “ IR “ const. Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Sperrverluste
0
uR
0 IR
iR Sperrkennlinie einer Diode bzw. eines Thyristors ‚ Sinusförmige Sperrspannung uR ptq “ u ˆR ¨ sinpωtq: 1 PR “ T
żT 0
1 pR ptq dt “ IR T
żT 0
uR ptq dt “
1 u ˆ R IR . π
‚ Sperrverluste meist vernachlässigbar klein Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Steuerverluste
‚ Steuerstrom ist notwendig zum Ein- und Ausschalten eines Bauelements ‚ Steuerverluste sind in der Regel vernachlässigbar
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Ein- und Ausschaltverluste u, i, p
u, i, p
Einschalten
Ausschalten
u i p
0
0
ton
u i p
t 0
0
toff
t
Schaltverluste beim Ein- und Ausschalten (stark vereinfacht) ‚ Ein- und Ausschalten: Kurzzeitig gleichzeitig hohe Spannung und hoher Strom ‚ Folge: kurzzeitig stark erhöhte Verlustleistung ‚ Schaltverluste proportional zur Schaltfrequenz Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Ein- und Ausschaltverluste u, i, p
u, i, p
Einschalten
Ausschalten
u i p
0
0
ton
u i p
t 0
0
toff
t
Schaltverluste beim Ein- und Ausschalten (stark vereinfacht) ‚ Einschaltverluste: Won “
t0 `t ş on t0
p dt
Ausschaltverluste: Woff “
‚ Schalter mit Frequenz f ein- und ausgeschaltet ñ Schaltverluste: PS “ f pWon ` Woff q
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
t0 `t ş off
p dt
t0
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Gliederung
1
Theorie
2
Übungsaufgaben
Verluste Thermisches Ersatzschaltbild
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Wärmeleitung Wärmeleitung in einem Körper: Wärmestrom von Stelle 1 zu Stelle 2 geführt
Rth
“
Rth
“
ϑ1 ´ ϑ2 P d λA
K W „ W : Wärmeleitfähigkeit Km : Querschnittsfläche des Körpers senkrecht zum Wärmestrom „
Rth λ A
: Wärmewiderstand
d : Dicke des Körpers in Richtung des Wärmestroms
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Wärmespeicherung Überlegung: In Masse eingebrachte Energie P dt vollständig in Temperaturänderung dϑ umgesetzt:
P Cth
dϑ dt “ V γc “ Cth
„ Cth
: Wärmekapazität
Ws K
V
: Volumen
γ
: Spezifische Masse
c : Spezifische Wärmekapazität Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Analogie zum elektrischen Stromkreis
Temperaturverläufe analog zu Spannungsverläufen im elektrischen Stromkreis: ‚ Abzuführende Verlustleistung P entspricht elektrischem Strom (Wärmestrom) ‚ Temperaturen entsprechen elektrischen Potentialen bzw. Spannungen
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Allgemeines thermisches Ersatzschaltbild
p
ϑA
RthA11
Rth121
A
W
Cth11
...
Cth21
Rthn1 B
ϑB B
Cthn1
...
Thermisches Ersatzschaltbild für Wärmeübergang und Wärmespeicherung mit n Körpern Nur bedingt geeignet zur Berechnung von Bauteilerwärmungen
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Äquivalentes thermisches Ersatzschaltbild p
ϑA
ϑ1
ϑ2
Rth1
Rth2
Rthn ...
A Cth1
W
ϑn
Cth2
ϑB B
Cthn
...
Äquivalentes thermisches Ersatzschaltbild in Partialbruchdarstellung ‚ Reihenersatzschaltbild mit Partialbruchdarstellung ‚ Werte für Rthi und Cthi müssen entsprechend gewählt werden ‚ Zeitlich veränderliche Leistung in Punkt A eingespeist: pptq “ Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
dϑ1 ϑ2 dϑ2 ϑ1 ` Cth1 “ ` Cth2 “ ... Rth1 dt Rth2 dt Seite 12
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Äquivalentes thermisches Ersatzschaltbild p
ϑA
ϑ1
ϑ2
Rth1
Rth2
Rthn ...
A
W
ϑn
Cth1
Cth2
ϑB B
Cthn
...
Äquivalentes thermisches Ersatzschaltbild in Partialbruchdarstellung ‚ Element im thermischen Gleichgewicht: pptq “ 0 @ t ă 0
‚ Konstante Leistung auf das Element geschaltet: pptq “ P “ const. @ t ě 0 ‚ Resultierende Temperaturverläufe: ´ ¯ ´ t ϑi “ P Rthi 1 ´ e τthi , i “ 1 . . . n τthi “ Rthi Cthi
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Äquivalentes thermisches Ersatzschaltbild p
ϑA
ϑ1
ϑ2
ϑn
Rth1
Rth2
A
W
Rthn ...
Cth1
Cth2
ϑB B
Cthn
...
Äquivalentes thermisches Ersatzschaltbild in Partialbruchdarstellung ‚ Temperatur im Punkt A: ϑA “
n ÿ i“1
ϑ i ` ϑB
‚ Stationärer Betrieb: p “ const., d. h. t " 4τmax ñ Wärmekapazitäten vernachlässigbar Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Transiente Wärmewiderstände p
ϑA A
Zth1
Zth2
...
Zthn
ϑB B
W
...
Thermisches Ersatzschaltbild mit transienten Wärmewiderständen ‚ Weitere Vereinfachung: Transiente Wärmewiderstände ´ ¯ ´ t Zthi ptq “ Rthi 1 ´ e τthi
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Transiente Wärmewiderstände p
ϑA
Zth1
Zth2
A
...
Zthn
ϑB B
W
...
Thermisches Ersatzschaltbild mit transienten Wärmewiderständen ¯ ´ ´ t Zthi ptq “ Rthi 1 ´ e τthi eingefügt in n ´ ¯ ÿ ´ t ϑi “ P Rthi 1 ´ e τthi , i “ 1 . . . n und ϑA “ ϑi ` ϑ B i“1
führt zu
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑA ptq “ P ¨
n ÿ i“1
Zthi ptq ` ϑB Seite 13
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Betrieb mit veränderlicher Verlustleistung Leistungsimpuls
pptq P0
0
0
t0
t1
t
Positiver Leistungssprung
pptq P0
0
0
t0
t
t0
´P0
ϑA ptq
t1
t
“
Temperaturverlauf resultierend aus positivem Leistungssprung
ϑA max
0
ϑ1 dϑ1 ` Cth1 “ Rth1 dt ϑ2 dϑ2 ` Cth2 “ ... Rth2 dt
und 0
t0
t0
0
t1
t
Temperaturverlauf resultierend aus negativem Leistungssprung
ϑptq
´ϑA max
ϑA ptq
t1
t
0
t0
t1
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑA “
n ÿ i“1
ϑ i ` ϑB
für einzelne Zeitabschnitte können addiert werden
Temperaturverlauf resultierend aus Leistungsimpuls
ϑA max
0
pptq “
Negativer Leistungssprung
pptq 0
t1
Superpositionsprinzip: Lösungen der Gleichungen
t
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Betrieb mit veränderlicher Verlustleistung Leistungsimpuls
pptq P0
0
0
t0
t1
t
Positiver Leistungssprung
pptq P0
0
0
t0
t
t0
´P0
ϑA ptq
t1
t
“
Temperaturverlauf resultierend aus positivem Leistungssprung
ϑA max
0
ϑ1 dϑ1 ` Cth1 “ Rth1 dt ϑ2 dϑ2 ` Cth2 “ ... Rth2 dt
und 0
t0
t0
0
t1
t
Temperaturverlauf resultierend aus negativem Leistungssprung
ϑptq
´ϑA max
ϑA ptq
t1
t
0
t0
t1
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑA “
n ÿ i“1
ϑ i ` ϑB
für einzelne Zeitabschnitte können addiert werden
Temperaturverlauf resultierend aus Leistungsimpuls
ϑA max
0
pptq “
Negativer Leistungssprung
pptq 0
t1
Superpositionsprinzip: Lösungen der Gleichungen
t
Seite 14
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Betrieb mit veränderlicher Verlustleistung Leistungsimpuls
pptq P0
0
0
t0
t1
t
Positiver Leistungssprung
pptq P0
0
0
t0
t
t0
´P0
ϑA ptq
t1
t
“
Temperaturverlauf resultierend aus positivem Leistungssprung
ϑA max
0
ϑ1 dϑ1 ` Cth1 “ Rth1 dt ϑ2 dϑ2 ` Cth2 “ ... Rth2 dt
und 0
t0
t0
0
t1
t
Temperaturverlauf resultierend aus negativem Leistungssprung
ϑptq
´ϑA max
ϑA ptq
t1
t
0
t0
t1
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑA “
n ÿ i“1
ϑ i ` ϑB
für einzelne Zeitabschnitte können addiert werden
Temperaturverlauf resultierend aus Leistungsimpuls
ϑA max
0
pptq “
Negativer Leistungssprung
pptq 0
t1
Superpositionsprinzip: Lösungen der Gleichungen
t
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Betrieb mit veränderlicher Verlustleistung Leistungsimpuls
pptq P0
0
0
t0
t1
t
Positiver Leistungssprung
pptq P0
0
0
t0
t
t0
´P0
ϑA ptq
t1
t
“
Temperaturverlauf resultierend aus positivem Leistungssprung
ϑA max
0
ϑ1 dϑ1 ` Cth1 “ Rth1 dt ϑ2 dϑ2 ` Cth2 “ ... Rth2 dt
und 0
t0
t0
0
t1
t
Temperaturverlauf resultierend aus negativem Leistungssprung
ϑptq
´ϑA max
ϑA ptq
t1
t
0
t0
t1
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑA “
n ÿ i“1
ϑ i ` ϑB
für einzelne Zeitabschnitte können addiert werden
Temperaturverlauf resultierend aus Leistungsimpuls
ϑA max
0
pptq “
Negativer Leistungssprung
pptq 0
t1
Superpositionsprinzip: Lösungen der Gleichungen
t
Seite 14
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Betrieb mit veränderlicher Verlustleistung Leistungsimpuls
pptq P0
0
0
t0
t1
t
Positiver Leistungssprung
pptq P0
0
0
t0
t
t0
´P0
ϑA ptq
t1
t
“
Temperaturverlauf resultierend aus positivem Leistungssprung
ϑA max
0
ϑ1 dϑ1 ` Cth1 “ Rth1 dt ϑ2 dϑ2 ` Cth2 “ ... Rth2 dt
und 0
t0
t0
0
t1
t
Temperaturverlauf resultierend aus negativem Leistungssprung
ϑptq
´ϑA max
ϑA ptq
t1
t
0
t0
t1
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑA “
n ÿ i“1
ϑ i ` ϑB
für einzelne Zeitabschnitte können addiert werden
Temperaturverlauf resultierend aus Leistungsimpuls
ϑA max
0
pptq “
Negativer Leistungssprung
pptq 0
t1
Superpositionsprinzip: Lösungen der Gleichungen
t
Seite 14
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Betrieb mit veränderlicher Verlustleistung Leistungsimpuls
pptq P0
0
0
t0
t1
t
Positiver Leistungssprung
pptq P0
0
0
t0
t
t0
´P0
ϑA ptq
t1
t
“
Temperaturverlauf resultierend aus positivem Leistungssprung
ϑA max
0
ϑ1 dϑ1 ` Cth1 “ Rth1 dt ϑ2 dϑ2 ` Cth2 “ ... Rth2 dt
und 0
t0
t0
0
t1
t
Temperaturverlauf resultierend aus negativem Leistungssprung
ϑptq
´ϑA max
ϑA ptq
t1
t
0
t0
t1
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑA “
n ÿ i“1
ϑ i ` ϑB
für einzelne Zeitabschnitte können addiert werden
Temperaturverlauf resultierend aus Leistungsimpuls
ϑA max
0
pptq “
Negativer Leistungssprung
pptq 0
t1
Superpositionsprinzip: Lösungen der Gleichungen
t
Seite 14
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Gliederung
1
Theorie
2
Übungsaufgaben
Leistungsdiode Dioden-Verlustleistung Thyristor Thermisches Ersatzschaltbild Temperaturverlauf
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 14
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1
Theorie
2
Übungsaufgaben
Leistungsdiode Dioden-Verlustleistung Thyristor Thermisches Ersatzschaltbild Temperaturverlauf
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 14
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Leistungsdiode Eine Diode wird mit Halbschwingungen eines sinusförmigen Stromes belastet. ‚ Impulsdauer: ti “ 100 µs
‚ Scheitelwert der Impulse: ˆiD “ 500 A
‚ Maximal zulässige Verlustleistung: 150 W ‚ Kennlinien-Daten der Diode: US “ 1,4 V, rD “ 0,9 mΩ
Gesucht ist die maximale Folgefrequenz fp der Impulse unter der Annahme, dass die Schaltverlustenergie a) vernachlässigt werden kann und b) bei einmaligem Schalten 0,2 Ws beträgt. ż Hinweis:
sin2 paxq dx “
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
x sin p2axq ´ 2 4a
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iD ptq ˆiD
0 ti
0
Tp
t
Halbschwingungen des sinusförmigen Stroms durch die Diode ‚ Verlauf des Stroms iD ptq:
iD ptq “ ˆiD sin
iD ptq “ 0
ˆ
π t ti
˙ für 0 ď t ď ti für ti ď t ď Tp
‚ An der Diode anliegende Spannung: uD ptq “ US ` iD ptq ¨ rD Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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iD ptq ˆiD
0 ti
0
Tp
t
Halbschwingungen des sinusförmigen Stroms durch die Diode Während eines Stromimpulses freigesetzte Energie: żti
żti WD
“
0
uD ptq ¨ iD ptq dt “
0
żti US ¨ iD ptq dt `
0
rD ¨ i2D ptq dt “
“ . . . “ 55,81 mWs Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 16
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iD ptq ˆiD
0 ti
0
Tp
t
Halbschwingungen des sinusförmigen Stroms durch die Diode Aus der maximal zulässigen Verlustleistung ergibt sich: a) fp “
b) fp “
Pmax WD “ 2,69 kHz Pmax WD `WS “ 0,59 kHz
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 16
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Theorie
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Übungsaufgaben
Leistungsdiode Dioden-Verlustleistung Thyristor Thermisches Ersatzschaltbild Temperaturverlauf
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Dioden-Verlustleistung
Eine Diode wird von einem periodisch zeitabhängigen Strom (Periodendauer T ) durchflossen: i “ IM “ 50 A für 0 ď t ă i “ 0A
für
T 2
T ďtăT 2
Gesucht: Durchlassverlustleistung (Wirkleistung) PD , die in der Diode in Wärme umgesetzt wird
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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i [A] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
u [V]
Durchlasskennlinie der Diode
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 18
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i [A] 50 45
‚ Schleusenspannung:
40 35
US “ 0,8 V
30
‚ Differentieller Widerstand:
25 20
rD “
15 10
∆u 0.2 V “ “ 4,0 mΩ ∆i 50 A
5 0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
u [V]
Durchlasskennlinie der Diode
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 18
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‚ Zeitlicher Mittelwert des Stroms: IAV “
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
1 T
żT 0
i dt “
1 T IM 50 A IM “ “ “ 25 A T 2 2 2
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‚ Zeitlicher Mittelwert des Stroms: IAV “
1 T
żT 0
i dt “
1 T IM 50 A IM “ “ “ 25 A T 2 2 2
‚ Effektivwert:
IRMS
g f T c f ż 1 2T 50 A IM f1 2 i dt “ “e IM “ ? “ ? “ 35,4 A T T 2 2 2 0
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 19
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‚ Zeitlicher Mittelwert des Stroms: IAV “
1 T
żT 0
i dt “
1 T IM 50 A IM “ “ “ 25 A T 2 2 2
‚ Effektivwert:
IRMS
g f T c f ż 1 2T 50 A IM f1 2 i dt “ “e IM “ ? “ ? “ 35,4 A T T 2 2 2 0
‚ Resultierende Verlustleistung: 2 P “ US ¨ IAV ` rD ¨ IRMS “ 25 W
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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1
Theorie
2
Übungsaufgaben
Leistungsdiode Dioden-Verlustleistung Thyristor Thermisches Ersatzschaltbild Temperaturverlauf
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Thyristor K ZthJC [ W ]
K ZthCA [ W ]
δ “ 30˝
1.2 1.0
1.0 δ “ 90˝
0.8
δ “ 180˝ DC
0.6 0.4
0.8 0.6 0.4
0.2 0 10´3
1.2
0.2 10´2
10´1
1
10
t [s]
0 10´1
1
10
102
103
104
t [s]
Innerer (links) und äußerer (rechts) transienter Wärmewiderstand eines Thyristors bei f “ 50 Hz
‚ ZthJC : Innerer transienter Wärmewiderstand
‚ ZthCA : Äußerer transienter Wärmewiderstand ‚ δ: Zündwinkel des Thyristors (0˝ ď δ ď 180˝ )
‚ Maximale Temperatur im Halbleiter: ϑJ “ 115 ˝ C ‚ Umgebungstemperatur: ϑA “ 45 ˝ C
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Thyristor K ZthJC [ W ]
K ZthCA [ W ]
δ “ 30˝
1.2 1.0
1.0 δ “ 90˝
0.8
δ “ 180˝ DC
0.6 0.4
0.8 0.6 0.4
0.2 0 10´3
1.2
0.2 10´2
10´1
1
10
t [s]
0 10´1
1
10
102
103
104
t [s]
Innerer (links) und äußerer (rechts) transienter Wärmewiderstand eines Thyristors bei f “ 50 Hz
Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild. Gesucht: Verlustleistung P des Thyristors unter der Annahme, dass dieser a) für die Dauer von t “ 10 s Gleichstrom führt, b) im Dauerbetrieb Gleichstrom führt,
c) im Dauerbetrieb Strompulse mit f “ 50 Hz führt (δ “ 30˝ ) Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 20
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild des Thyristors mit Kühlkörper K ZthJC [ W ]
K ZthCA [ W ]
δ “ 30˝
1.2 1.0
1.0 δ “ 90˝
0.8
δ “ 180˝ DC
0.6 0.4
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
0.8 0.6 0.4
0.2 0 10´3
1.2
0.2 10´2
10´1
1
10
t [s]
0 10´1
1
10
102
103
104
t [s]
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild des Thyristors mit Kühlkörper K ZthJC [ W ]
K ZthCA [ W ]
δ “ 30˝
1.2 1.0
1.0 δ “ 90˝
0.8
δ “ 180˝ DC
0.6 0.4
0.8 0.6 0.4
0.2 0 10´3
1.2
0.2 10´2
10´1
1
10
t [s]
0 10´1
1
10
102
103
104
t [s]
K K Für t “ 10 s Gleichstrom: ZthJC “ 0,6 W und ZthCA “ 0,4 W Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild des Thyristors mit Kühlkörper Somit: P “
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑJ ´ ϑA “ 70 W ZthJC ` ZthCA
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild des Thyristors mit Kühlkörper K ZthJC [ W ]
K ZthCA [ W ]
δ “ 30˝
1.2 1.0
1.0 δ “ 90˝
0.8
δ “ 180˝ DC
0.6 0.4
0.8 0.6 0.4
0.2 0 10´3
1.2
0.2 10´2
10´1
1
10
t [s]
0 10´1
1
10
102
103
104
t [s]
K K Im Dauerbetrieb Gleichstrom: ZthJC “ 0,6 W und ZthCA “ 1,2 W Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild des Thyristors mit Kühlkörper Somit: P “
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑJ ´ ϑA “ 39 W ZthJC ` ZthCA
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild des Thyristors mit Kühlkörper K ZthJC [ W ]
K ZthCA [ W ]
δ “ 30˝
1.2 1.0
1.0 δ “ 90˝
0.8
δ “ 180˝ DC
0.6 0.4
0.8 0.6 0.4
0.2 0 10´3
1.2
0.2 10´2
10´1
1
10
t [s]
0 10´1
1
10
102
103
104
t [s]
Im Dauerbetrieb Strompulse mit f “ 50 Hz und δ “ 30˝ : K K ZthJC “ 1,2 W und ZthCA “ 1,2 W Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild des Thyristors mit Kühlkörper Somit: P “
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑJ ´ ϑA “ 29 W ZthJC ` ZthCA
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Gliederung
1
Theorie
2
Übungsaufgaben
Leistungsdiode Dioden-Verlustleistung Thyristor Thermisches Ersatzschaltbild Temperaturverlauf
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Thermisches Ersatzschaltbild Gegeben: Diode mit US “ 1,05 V und rD “ 0,9 mΩ Diode führt sinusförmigen Strom (nur positive Halbschwingungen) mit Scheitelwert ˆi “ 300 A a) Gesucht: Durchlassverluste P in der Diode ż x sin p2axq Hinweis: sin2 paxq dx “ ´ 2 4a
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Thermisches Ersatzschaltbild Gegeben: Diode mit US “ 1,05 V und rD “ 0,9 mΩ Diode führt sinusförmigen Strom (nur positive Halbschwingungen) mit Scheitelwert ˆi “ 300 A a) Gesucht: Durchlassverluste P in der Diode ż x sin p2axq Hinweis: sin2 paxq dx “ ´ 2 4a
b) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild!
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Thermisches Ersatzschaltbild Gegeben: Diode mit US “ 1,05 V und rD “ 0,9 mΩ Diode führt sinusförmigen Strom (nur positive Halbschwingungen) mit Scheitelwert ˆi “ 300 A a) Gesucht: Durchlassverluste P in der Diode ż x sin p2axq Hinweis: sin2 paxq dx “ ´ 2 4a
b) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! K K c) Gegeben: Wärmewiderstände ZthJC “ 0,143 W und ZthCA “ 0,6 W ˝ Maximale Sperrschichttemperatur: ϑJmax “ 115 C Gesucht: Maximal zulässige Kühlmitteltemperatur ϑAmax !
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Thermisches Ersatzschaltbild Gegeben: Diode mit US “ 1,05 V und rD “ 0,9 mΩ Diode führt sinusförmigen Strom (nur positive Halbschwingungen) mit Scheitelwert ˆi “ 300 A a) Gesucht: Durchlassverluste P in der Diode ż x sin p2axq Hinweis: sin2 paxq dx “ ´ 2 4a
b) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! K K c) Gegeben: Wärmewiderstände ZthJC “ 0,143 W und ZthCA “ 0,6 W ˝ Maximale Sperrschichttemperatur: ϑJmax “ 115 C Gesucht: Maximal zulässige Kühlmitteltemperatur ϑAmax !
d) Gesucht: Grenzwert ϑCmax für Gehäusetemperatur so, dass ϑJmax “ 115˝ C sichergestellt
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Thermisches Ersatzschaltbild Gegeben: Diode mit US “ 1,05 V und rD “ 0,9 mΩ Diode führt sinusförmigen Strom (nur positive Halbschwingungen) mit Scheitelwert ˆi “ 300 A a) Gesucht: Durchlassverluste P in der Diode ż x sin p2axq Hinweis: sin2 paxq dx “ ´ 2 4a
b) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! K K c) Gegeben: Wärmewiderstände ZthJC “ 0,143 W und ZthCA “ 0,6 W ˝ Maximale Sperrschichttemperatur: ϑJmax “ 115 C Gesucht: Maximal zulässige Kühlmitteltemperatur ϑAmax !
d) Gesucht: Grenzwert ϑCmax für Gehäusetemperatur so, dass ϑJmax “ 115˝ C sichergestellt e) Gesucht: Maximale Verlustleistung P 1 , wenn maximale Kühlmitteltemperatur ϑA’max “ 35 ˝ C zugelassen Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Thermisches Ersatzschaltbild Gegeben: Diode mit US “ 1,05 V und rD “ 0,9 mΩ Diode führt sinusförmigen Strom (nur positive Halbschwingungen) mit Scheitelwert ˆi “ 300 A a) Gesucht: Durchlassverluste P in der Diode ż x sin p2axq Hinweis: sin2 paxq dx “ ´ 2 4a
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Zeitlicher Mittelwert des Stroms: IAV
1 “ 2π
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ż2π 0
1 iD pωtq dωt “ 2π
żπ 0
ˆ ˆiD sin pωtq dωt “ . . . “ iD π
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Zeitlicher Mittelwert des Stroms: IAV
1 “ 2π
ż2π 0
1 iD pωtq dωt “ 2π
żπ 0
ˆ ˆiD sin pωtq dωt “ . . . “ iD π
Effektivwert des Stroms: g g f f ż2π żπ f f ˆiD f 1 f 1 ˆ2 2 e iD pωtq dωt “ e iD sin2 pωtq dωt “ . . . “ IRMS “ 2π 2π 2 0
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
0
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Zeitlicher Mittelwert des Stroms: IAV
1 “ 2π
ż2π 0
1 iD pωtq dωt “ 2π
żπ 0
ˆ ˆiD sin pωtq dωt “ . . . “ iD π
Effektivwert des Stroms: g g f f ż2π żπ f f ˆiD f 1 f 1 ˆ2 2 e iD pωtq dωt “ e iD sin2 pωtq dωt “ . . . “ IRMS “ 2π 2π 2 0
0
Verlustleistung in der Diode: 2 P “ US IAV ` rD IRMS “ 121 W
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Thermisches Ersatzschaltbild Gegeben: Diode mit US “ 1,05 V und rD “ 0,9 mΩ Diode führt sinusförmigen Strom (nur positive Halbschwingungen) mit Scheitelwert ˆi “ 300 A a) Gesucht: Durchlassverluste P in der Diode ż x sin p2axq Hinweis: sin2 paxq dx “ ´ 2 4a
b) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild!
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild der Diode
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Thermisches Ersatzschaltbild Gegeben: Diode mit US “ 1,05 V und rD “ 0,9 mΩ Diode führt sinusförmigen Strom (nur positive Halbschwingungen) mit Scheitelwert ˆi “ 300 A a) Gesucht: Durchlassverluste P in der Diode ż x sin p2axq Hinweis: sin2 paxq dx “ ´ 2 4a
b) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! K K c) Gegeben: Wärmewiderstände ZthJC “ 0,143 W und ZthCA “ 0,6 W ˝ Maximale Sperrschichttemperatur: ϑJmax “ 115 C Gesucht: Maximal zulässige Kühlmitteltemperatur ϑAmax !
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild der Diode Maximal zulässige Kühlmitteltemperatur ϑAmax : ∆ϑJA ϑAmax
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
“
“
ZthJA ¨ P “ pZthJC ` ZthCA q ¨ P “ 90 ˝ C ϑJmax ´ ∆ϑJA “ 25 ˝ C
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Thermisches Ersatzschaltbild Gegeben: Diode mit US “ 1,05 V und rD “ 0,9 mΩ Diode führt sinusförmigen Strom (nur positive Halbschwingungen) mit Scheitelwert ˆi “ 300 A a) Gesucht: Durchlassverluste P in der Diode ż x sin p2axq Hinweis: sin2 paxq dx “ ´ 2 4a
b) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! K K c) Gegeben: Wärmewiderstände ZthJC “ 0,143 W und ZthCA “ 0,6 W ˝ Maximale Sperrschichttemperatur: ϑJmax “ 115 C Gesucht: Maximal zulässige Kühlmitteltemperatur ϑAmax !
d) Gesucht: Grenzwert ϑCmax für Gehäusetemperatur so, dass ϑJmax “ 115˝ C sichergestellt
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild der Diode Grenzwert des Temperaturwächters: ϑCmax “ ϑJmax ´ ZthJC ¨ P “ 98 ˝ C
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 30
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Thermisches Ersatzschaltbild Gegeben: Diode mit US “ 1,05 V und rD “ 0,9 mΩ Diode führt sinusförmigen Strom (nur positive Halbschwingungen) mit Scheitelwert ˆi “ 300 A a) Gesucht: Durchlassverluste P in der Diode ż x sin p2axq Hinweis: sin2 paxq dx “ ´ 2 4a
b) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! K K c) Gegeben: Wärmewiderstände ZthJC “ 0,143 W und ZthCA “ 0,6 W ˝ Maximale Sperrschichttemperatur: ϑJmax “ 115 C Gesucht: Maximal zulässige Kühlmitteltemperatur ϑAmax !
d) Gesucht: Grenzwert ϑCmax für Gehäusetemperatur so, dass ϑJmax “ 115˝ C sichergestellt e) Gesucht: Maximale Verlustleistung P 1 , wenn maximale Kühlmitteltemperatur ϑA’max “ 35 ˝ C zugelassen Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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p
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ϑC
ϑJ ZthJC
ϑA ZthCA
W
Thermisches Ersatzschaltbild der Diode Verlustleistung: P1 “
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
ϑJmax ´ ϑA’max “ 108 W. ZthJC ` ZthCA
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Gliederung
1
Theorie
2
Übungsaufgaben
Leistungsdiode Dioden-Verlustleistung Thyristor Thermisches Ersatzschaltbild Temperaturverlauf
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Temperaturverlauf
Wärmeübergang zwischen der Sperrschicht einer Diode und deren Gehäuse: Durch 4 thermische RC-Glieder (Rthi k Cthi , in Reihe geschalten) annäherbar Werte der einzelnen Wärmewiderstände und -kapazitäten: K K K K , Rth2 “ 0,033 , Rth3 “ 0,222 , Rth4 “ 0,068 W W W W Ws Ws Ws Ws “ 0,158 , Cth2 “ 0,758 , Cth3 “ 0,468 , Cth4 “ 14,68 K K K K
Rth1 “ 0,019 Cth1
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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P [W] 800
300 0
0
5
35
t [ms]
Verlustleistungsimpuls (wirkt auf Diode ein) a) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild!
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 34
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P [W] 800
300 0
0
5
35
t [ms]
Verlustleistungsimpuls (wirkt auf Diode ein) a) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! b) Berechnen Sie die Zeitkonstanten τthi der transienten Wärmewiderstände!
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 34
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P [W] 800
300 0
0
5
35
t [ms]
Verlustleistungsimpuls (wirkt auf Diode ein) a) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! b) Berechnen Sie die Zeitkonstanten τthi der transienten Wärmewiderstände! c) Berechnen Sie die Erwärmung der Sperrschicht gegenüber dem Gehäuse am Ende des Impulses!
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 34
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P [W] 800
300 0
0
5
35
t [ms]
Verlustleistungsimpuls (wirkt auf Diode ein) a) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! b) Berechnen Sie die Zeitkonstanten τthi der transienten Wärmewiderstände! c) Berechnen Sie die Erwärmung der Sperrschicht gegenüber dem Gehäuse am Ende des Impulses! d) Skizzieren Sie den Temperaturverlauf über der Sperrschicht während des Impulses! Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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K ZthCA [ W ]
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
1
10
102
103
104
t [s]
Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung e) Die Diode wird auf einen Kühlkörper für verstärkte Luftkühlung montiert. Umgebungstemperatur: 35 ˝ C Verlustleistung: 85 W Nach welcher Zeit erreicht die Sperrschichttemperatur 80 ˝ C?
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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K ZthCA [ W ]
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
1
10
102
103
104
t [s]
Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung e) Die Diode wird auf einen Kühlkörper für verstärkte Luftkühlung montiert. Umgebungstemperatur: 35 ˝ C Verlustleistung: 85 W Nach welcher Zeit erreicht die Sperrschichttemperatur 80 ˝ C? f) Umgebungstemperatur: 35 ˝ C Zulässige Sperrschichttemperatur: 125 ˝ C Annahme: P “ const. Wie groß ist die zulässige Verlustleistung P ?
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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P [W] 800
300 0
0
5
35
t [ms]
Verlustleistungsimpuls (wirkt auf Diode ein) a) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild!
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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p
ϑJ
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ϑ1
ϑ2
ϑ3
ϑ4
Rth1
Rth2
Rth3
Rth4
J
W
ϑC C
Cth1
Cth2
Cth3
Cth4
Thermisches Ersatzschaltbild zwischen Sperrschicht und Gehäuse der Diode
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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P [W] 800
300 0
0
5
35
t [ms]
Verlustleistungsimpuls (wirkt auf Diode ein) a) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! b) Berechnen Sie die Zeitkonstanten τthi der transienten Wärmewiderstände!
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Zeitkonstanten τthi ptq:
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τthi “ Rthi ¨ Cthi
τth1 “ 0,003 s, τth2 “ 0,025 s, τth3 “ 0,104 s, τth4 “ 0,998 s
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 39
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P [W] 800
300 0
0
5
35
t [ms]
Verlustleistungsimpuls (wirkt auf Diode ein) a) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! b) Berechnen Sie die Zeitkonstanten τthi der transienten Wärmewiderstände! c) Berechnen Sie die Erwärmung der Sperrschicht gegenüber dem Gehäuse am Ende des Impulses!
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Erwärmung der Sperrschicht gegenüber dem Gehäuse: ϑA ptq “ P ¨
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
4 ÿ i“1
Zthi ptq “ P ¨
4 ÿ i“1
´ ¯ ´ t Rthi 1 ´ e τthi
Seite 41
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Erwärmung der Sperrschicht gegenüber dem Gehäuse: ϑA ptq “ P ¨
4 ÿ i“1
Zthi ptq “ P ¨
4 ÿ i“1
´ ¯ ´ t Rthi 1 ´ e τthi
‚ Kurze Impulsdauer: Annahme, dass Gehäusetemperatur konstant ‚ Anwendung des Superpositionsprinzips: ˝ Positiver Leistungssprung: 800 W von t “ 0 ms bis t “ 5 ms ˝ Negativer Leistungssprung: ´500 W von t “ 5 ms bis t “ 35 ms
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 41
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Erwärmung der Sperrschicht gegenüber dem Gehäuse: ϑA ptq “ P ¨
4 ÿ i“1
Zthi ptq “ P ¨
4 ÿ i“1
´ ¯ ´ t Rthi 1 ´ e τthi
‚ Kurze Impulsdauer: Annahme, dass Gehäusetemperatur konstant ‚ Anwendung des Superpositionsprinzips: ˝ Positiver Leistungssprung: 800 W von t “ 0 ms bis t “ 5 ms ˝ Negativer Leistungssprung: ´500 W von t “ 5 ms bis t “ 35 ms
ˆ ϑJ` “ 800 W
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
K K K K 0,019 ` 0,025 ` 0,063 ` 0,0023 W W W W
˙
“ 87,5 ˝ C
Seite 41
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Erwärmung der Sperrschicht gegenüber dem Gehäuse: ϑA ptq “ P ¨
4 ÿ i“1
Zthi ptq “ P ¨
4 ÿ i“1
´ ¯ ´ t Rthi 1 ´ e τthi
‚ Kurze Impulsdauer: Annahme, dass Gehäusetemperatur konstant ‚ Anwendung des Superpositionsprinzips: ˝ Positiver Leistungssprung: 800 W von t “ 0 ms bis t “ 5 ms ˝ Negativer Leistungssprung: ´500 W von t “ 5 ms bis t “ 35 ms
ˆ ϑJ` “ 800 W
K K K K 0,019 ` 0,025 ` 0,063 ` 0,0023 W W W W
ˆ ϑJ´ “ ´500 W
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
˙
K K K K 0,019 ` 0,023 ` 0,056 ` 0,002 W W W W
˙
“ 87,5 ˝ C
“ ´50 ˝ C
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Erwärmung der Sperrschicht gegenüber dem Gehäuse: ϑA ptq “ P ¨
4 ÿ i“1
Zthi ptq “ P ¨
4 ÿ i“1
´ ¯ ´ t Rthi 1 ´ e τthi
‚ Kurze Impulsdauer: Annahme, dass Gehäusetemperatur konstant ‚ Anwendung des Superpositionsprinzips: ˝ Positiver Leistungssprung: 800 W von t “ 0 ms bis t “ 5 ms ˝ Negativer Leistungssprung: ´500 W von t “ 5 ms bis t “ 35 ms
ˆ ϑJ` “ 800 W
K K K K 0,019 ` 0,025 ` 0,063 ` 0,0023 W W W W
ˆ ϑJ´ “ ´500 W
˙
K K K K 0,019 ` 0,023 ` 0,056 ` 0,002 W W W W
˙
“ 87,5 ˝ C
“ ´50 ˝ C
ϑJ “ ϑJ` ` ϑJ´ “ 37,5 ˝ C Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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P [W] 800
300 0
0
5
35
t [ms]
Verlustleistungsimpuls (wirkt auf Diode ein) a) Zeichnen Sie das thermische Ersatzschaltbild! b) Berechnen Sie die Zeitkonstanten τthi der transienten Wärmewiderstände! c) Berechnen Sie die Erwärmung der Sperrschicht gegenüber dem Gehäuse am Ende des Impulses! d) Skizzieren Sie den Temperaturverlauf über der Sperrschicht während des Impulses! Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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ϑptq [˝ C] 87.5 ϑJ` ptq 37.5
0
5 35
t [ms]
´50 Sperrschichterwärmung am Ende des Verlustleistungsimpulses Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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ϑptq [˝ C] 87.5 ϑJ` ptq ϑJ´ ptq 37.5
0
5 35
t [ms]
´50 Sperrschichterwärmung am Ende des Verlustleistungsimpulses Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 43
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ϑptq [˝ C] 87.5 ϑJ` ptq ϑJ´ ptq ϑJ ptq 37.5
0
5 35
t [ms]
´50 Sperrschichterwärmung am Ende des Verlustleistungsimpulses Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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K ZthCA [ W ]
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
1
10
102
103
104
t [s]
Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung e) Die Diode wird auf einen Kühlkörper für verstärkte Luftkühlung montiert. Umgebungstemperatur: 35 ˝ C Verlustleistung: 85 W Nach welcher Zeit erreicht die Sperrschichttemperatur 80 ˝ C?
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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K ZthCA [ W ]
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
1
10
102
103
104
t [s]
Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung ‚ Aus Skalierung ersichtlich: τthCA " τthi ñ Nur mit ZthCA und Summe der inneren Widerstände RthJC rechnen: ϑJ “ P pRthJC ` ZthCA q
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 45
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K ZthCA [ W ]
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
1
10
102
103
104
t [s]
Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung ‚ Aus Skalierung ersichtlich: τthCA " τthi ñ Nur mit ZthCA und Summe der inneren Widerstände RthJC rechnen: ϑJ “ P pRthJC ` ZthCA q ‚ Zu Beginn: Sperrschicht hat Umgebungstemperatur, somit: ∆ϑJ “ ϑJmax ´ ϑA “ 80 ˝ C ´ 35 ˝ C “ 45 ˝ C
Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
Seite 45
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K ZthCA [ W ]
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
1
10
102
103
104
t [s]
Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung ‚ Aus Skalierung ersichtlich: τthCA " τthi ñ Nur mit ZthCA und Summe der inneren Widerstände RthJC rechnen: ϑJ “ P pRthJC ` ZthCA q ‚ Zu Beginn: Sperrschicht hat Umgebungstemperatur, somit: ∆ϑJ “ ϑJmax ´ ϑA “ 80 ˝ C ´ 35 ˝ C “ 45 ˝ C ‚ Transienter Wärmewiderstand: ZthCA “ Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
∆ϑJ P
K ´ RthJC “ 0,187 W Seite 45
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Technische Universität München
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0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
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Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung ‚ Aus Skalierung ersichtlich: τthCA " τthi ñ Nur mit ZthCA und Summe der inneren Widerstände RthJC rechnen: ϑJ “ P pRthJC ` ZthCA q ‚ Zu Beginn: Sperrschicht hat Umgebungstemperatur, somit: ∆ϑJ “ ϑJmax ´ ϑA “ 80 ˝ C ´ 35 ˝ C “ 45 ˝ C ‚ Transienter Wärmewiderstand: ZthCA “
∆ϑJ P
K ´ RthJC “ 0,187 W
‚ Erwärmungszeit (aus Diagramm abzulesen): 100 s Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung e) Die Diode wird auf einen Kühlkörper für verstärkte Luftkühlung montiert. Umgebungstemperatur: 35 ˝ C Verlustleistung: 85 W Nach welcher Zeit erreicht die Sperrschichttemperatur 80 ˝ C? f) Umgebungstemperatur: 35 ˝ C Zulässige Sperrschichttemperatur: 125 ˝ C Annahme: P “ const. Wie groß ist die zulässige Verlustleistung P ?
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Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung ‚ Annahme P “ const.: Dauerbetrieb
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Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung ‚ Annahme P “ const.: Dauerbetrieb
K ‚ Transienter Wärmewiderstand ZthCA “ 0,24 W
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Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung ‚ Annahme P “ const.: Dauerbetrieb
K ‚ Transienter Wärmewiderstand ZthCA “ 0,24 W
‚ Zulässige Erwärmung: ∆ϑJ “ 125 ˝ C ´ 35 ˝ C “ 90 ˝ C
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Transienter Wärmewiderstand des Kühlkörpers für verstärkte Luftkühlung ‚ Annahme P “ const.: Dauerbetrieb
K ‚ Transienter Wärmewiderstand ZthCA “ 0,24 W
‚ Zulässige Erwärmung: ∆ϑJ “ 125 ˝ C ´ 35 ˝ C “ 90 ˝ C ‚ Zulässige Verlustleistung für Dauerbetrieb: P “ Übung 6: Verlustleistung und Kühlung
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