Wie wählt man die richtige Breite für die IGBT-Kühlkörperführung aus?

Wenn es um die Verlegung von IGBT-Kühlkörpern (Insulated Gate Bipolar Transistor) geht, ist die Wahl der richtigen Breite eine entscheidende Entscheidung, die sich erheblich auf die Leistung und Zuverlässigkeit eines elektronischen Systems auswirken kann. Als vertrauenswürdiger Anbieter von IGBT-Kühlkörperführungen verstehe ich die Bedeutung dieser Wahl und bin hier, um Ihnen einige Einblicke zu geben, wie Sie die richtige Entscheidung treffen können.

Verstehen der Grundlagen der IGBT-Kühlkörperführung

Bevor Sie sich mit der Breitenauswahl befassen, ist es wichtig, die Grundlagen der IGBT-Kühlkörperführung zu verstehen. IGBTs sind Leistungshalbleiterbauelemente, die in verschiedenen Anwendungen weit verbreitet sind, darunter Motorantriebe, Stromversorgungen und Systeme für erneuerbare Energien. Während des Betriebs erzeugen IGBTs Wärme. Wenn diese Wärme nicht effektiv abgeführt wird, kann dies zu einer verringerten Leistung, einem erhöhten Stromverbrauch und sogar einem Geräteausfall führen.

Ein Kühlkörper ist ein passives Kühlgerät, das zur Wärmeübertragung vom IGBT an die Umgebung dient. Die Kühlkörperführung bezieht sich auf den Pfad, über den die Wärme vom IGBT zum Kühlkörper übertragen wird. Die Breite der Trassenführung spielt eine entscheidende Rolle für die Effizienz der Wärmeübertragung.

Bei der Auswahl der Breite zu berücksichtigende Faktoren

Bei der Wahl der geeigneten Breite für die IGBT-Kühlkörperführung müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Zu diesen Faktoren gehören:

1. Anforderungen an die Wärmeableitung

Die Hauptfunktion der Kühlkörperführung besteht darin, die Wärme vom IGBT abzuleiten. Daher besteht der erste Schritt bei der Auswahl der Breite darin, die Wärmeableitungsanforderungen des IGBT zu bestimmen. Dies kann anhand der Nennleistung des IGBT, der Betriebstemperatur und der Umgebungstemperatur berechnet werden.

Je höher die Anforderungen an die Wärmeableitung sind, desto breiter sollte die Verlegung sein, um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten. Beispielsweise kann bei Hochleistungsanwendungen, bei denen der IGBT eine erhebliche Wärmemenge erzeugt, eine größere Leitungsbreite erforderlich sein, um eine Überhitzung zu verhindern.

2. Belastbarkeit des elektrischen Stroms

Neben der Wärmeableitung muss die Leitungsbreite auch in der Lage sein, den durch den IGBT fließenden elektrischen Strom zu tragen. Die elektrische Stromtragfähigkeit der Leitung wird durch deren Querschnittsfläche bestimmt. Eine breitere Verlegung hat eine größere Querschnittsfläche, was bedeutet, dass sie mehr Strom ohne übermäßigen Spannungsabfall führen kann.

Bei der Auswahl der Breite ist es wichtig, den maximalen elektrischen Strom zu berücksichtigen, den der IGBT im Betrieb führen kann. Bei einer zu geringen Verlegungsbreite kann es zu einem erhöhten Widerstand kommen, was zu Leistungsverlusten und Überhitzung führen kann.

3. Einschränkungen beim PCB-Layout

Auch das Layout der Leiterplatte (PCB) spielt eine Rolle bei der Bestimmung der Breite der IGBT-Kühlkörperführung. In manchen Fällen kann der verfügbare Platz auf der Leiterplatte begrenzt sein, was die Breite des Routings einschränken kann.

Bei der Gestaltung des PCB-Layouts ist es wichtig, die Routing-Breite zu optimieren, um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten und gleichzeitig die Platzbeschränkungen zu berücksichtigen. Dies kann die Verwendung einer Kombination aus breiteren und schmaleren Leitungssegmenten erfordern, um die Anforderungen an die Wärmeableitung und die Stromführung auszugleichen.

4. Wärmewiderstand

Der Wärmewiderstand ist ein Maß dafür, wie gut ein Material dem Wärmefluss widersteht. Der Wärmewiderstand des Führungsmaterials und der Schnittstelle zwischen IGBT und Kühlkörper kann die Effizienz der Wärmeübertragung beeinflussen.

Ein geringerer Wärmewiderstand bedeutet, dass die Wärme leichter vom IGBT zum Kühlkörper übertragen werden kann. Bei der Wahl der Breite ist es wichtig, den Wärmewiderstand des Verlegematerials und der Schnittstelle zu berücksichtigen, um eine effektive Wärmeableitung zu gewährleisten.

Berechnung der geeigneten Breite

Nachdem die oben genannten Faktoren berücksichtigt wurden, besteht der nächste Schritt darin, die geeignete Breite für die IGBT-Kühlkörperführung zu berechnen. Es gibt verschiedene Methoden, die zur Berechnung der Breite verwendet werden können, darunter:

1. Verwendung von Industriestandards und -richtlinien

Viele Industriestandards und Richtlinien geben Empfehlungen zur geeigneten Breite für die IGBT-Kühlkörperführung basierend auf der Nennleistung des IGBT und den Anwendungsanforderungen. Diese Standards können ein nützlicher Ausgangspunkt für die Bestimmung der Breite sein.

Der IPC-2221-Standard bietet beispielsweise Richtlinien zur Mindestbreite von Kupferleiterbahnen auf einer Leiterplatte basierend auf der Strombelastbarkeit und dem zulässigen Spannungsabfall. Durch die Bezugnahme auf diese Standards können Sie sicherstellen, dass die Fräsbreite den Branchenanforderungen entspricht.

2. Durchführung thermischer Simulationen

Thermische Simulationen sind ein leistungsstarkes Werkzeug zur Vorhersage der Wärmeübertragungsleistung der IGBT-Kühlkörperführung. Mithilfe spezieller Software können Sie den Wärmeübertragungsprozess modellieren und die Temperaturverteilung in der Leitung analysieren.

Mithilfe thermischer Simulationen können Sie die Breite der Verlegung optimieren, um eine effiziente Wärmeübertragung sicherzustellen und Überhitzung zu verhindern. Sie können Simulationen auch verwenden, um den Einfluss verschiedener Faktoren, wie z. B. des Führungsmaterials, der Schnittstelle zwischen IGBT und Kühlkörper und der Umgebungstemperatur, auf die Wärmeübertragungsleistung zu bewerten.

3. Durchführung experimenteller Tests

Neben der Verwendung von Industriestandards und der Durchführung thermischer Simulationen können auch experimentelle Tests verwendet werden, um die geeignete Breite für die IGBT-Kühlkörperführung zu bestimmen. Indem Sie Prototypen bauen und diese unter realen Bedingungen testen, können Sie die Wärmeübertragungsleistung und die elektrische Stromtragfähigkeit der Leitungen messen.

Experimentelle Tests können wertvolle Einblicke in die tatsächliche Leistung der Streckenführung liefern und Ihnen dabei helfen, eventuell erforderliche Anpassungen der Breite vorzunehmen. Es kann Ihnen auch dabei helfen, die Ergebnisse der thermischen Simulationen zu validieren und sicherzustellen, dass die Streckenführung den Anforderungen der Anwendung entspricht.

Beispiele für geeignete Breiten

Um Ihnen eine bessere Vorstellung von den geeigneten Breiten für die Verlegung von IGBT-Kühlkörpern zu geben, finden Sie hier einige Beispiele basierend auf verschiedenen Anwendungen:

1. Anwendungen mit geringem Stromverbrauch

Bei Anwendungen mit geringem Stromverbrauch, bei denen der IGBT weniger als 100 W Wärme erzeugt, kann eine Leitungsbreite von 1–2 mm ausreichend sein. Diese Breite kann eine ausreichende Wärmeableitung und elektrische Stromtragfähigkeit bieten und ist gleichzeitig für Einschränkungen beim PCB-Layout geeignet.

2. Anwendungen mittlerer Leistung

Für Anwendungen mittlerer Leistung, bei denen der IGBT zwischen 100 W und 500 W Wärme erzeugt, kann eine Leitungsbreite von 2–5 mm erforderlich sein. Diese größere Breite kann eine effiziente Wärmeübertragung gewährleisten und eine Überhitzung bei diesen Anwendungen verhindern.

3. Hochleistungsanwendungen

Bei Hochleistungsanwendungen, bei denen der IGBT mehr als 500 W Wärme erzeugt, kann eine Leitungsbreite von 5 mm oder mehr erforderlich sein. Diese größere Breite kann den hohen Anforderungen an die Wärmeableitung und den mit diesen Anwendungen verbundenen großen elektrischen Strömen gerecht werden.

Abschluss

Die Wahl der geeigneten Breite für die IGBT-Kühlkörperführung ist eine wichtige Entscheidung, die eine sorgfältige Berücksichtigung mehrerer Faktoren erfordert, darunter die Anforderungen an die Wärmeableitung, die elektrische Stromtragfähigkeit, die Einschränkungen beim PCB-Layout und den Wärmewiderstand. Mithilfe von Industriestandards, thermischen Simulationen und experimentellen Tests können Sie die optimale Breite für Ihre Anwendung ermitteln.

Als führender Anbieter von IGBT-Kühlkörperführungen verfügen wir über das Fachwissen und die Erfahrung, um Sie bei der Auswahl der richtigen Breite für Ihre IGBT-Kühlkörperführung zu unterstützen. Wir bieten eine breite Palette hochwertiger Kühlkörper-Routing-Lösungen an, die auf die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung zugeschnitten sind.

Wenn Sie mehr über unsere IGBT-Kühlkörperführungsprodukte erfahren möchten oder Fragen zur Auswahl der geeigneten Breite haben, zögern Sie bitte nicht, uns zu kontaktieren. Wir freuen uns darauf, mit Ihnen zusammenzuarbeiten, um die besten Kühlkörper-Routing-Lösungen für Ihre Anforderungen bereitzustellen.

Zusätzliche Ressourcen

• LED-Beleuchtungssysteme mit Kühlkörperkühlung
• Raspberry Pi 4 Kit-Gehäuse mit Lüfter, Kühlventilator und Kühlkörper
• Intel CPU Embedded Stack Fin Aluminium-Kühlkörper

Referenzen

• IPC-2221, Allgemeiner Standard für Leiterplattendesign
• Handbuch zum Wärmemanagement für Leistungselektronik, ASME Press