Jump to content

    
Sign in to follow this  
syoma

Теплоемкость водяного радиатора и подложки силового модуля

Recommended Posts

Привет. Второй вопрос по теме динамического моделирования.

Задача - промоделировать температуру чипа для IGBT модуля, установленного на медный водяной радиатор охлаждения.

Есть вот такая модель, как на картинке:post-25368-1314533317_thumb.png

В принципе внутри модуля все понятно - моделируем параллельными RC- цепочками и значения RC есть в даташитах.

Например на мой транзистор - http://www05.abb.com/global/scot/scot256.n...-03May%2005.pdf

 

С тепловым сопротивлением термопасты и радиатора я тоже вроде разобрался. Остались теплоемкости подложки и самого радиатора. Т.е. значения Ccase и Cheatsink. Они, конечно большие, но для динамики и это нужно знать.

Правильно ли я считаю.

Теплоемкость подложки не входит в даташитные данные, поэтому ее надо учитывать отдельно. Материал подложки - AlSiC. Теплоемкость в инете около 0.786Дж/(гК). Размеры подложки я померял циркулем и определил объем - 128см3. Плотность AlSiC - 3 г/см3. Т.е вес - 384г. В итоге теплоемкость такой пластины: 301 Дж/К.

Для медного радиатора я просто взял вес (5.4кг) и помножил его на теплоемкость меди - 390Дж/кгК . В итоге получилось 2106 Дж/К

 

Но что-то мне подсказывает, что данные значения слишком большие. Ведь радиатор не весь нагревается до рабочей температуры, а только та часть, что учавствует в теплообмене. В этом собственно и вопрос - правильно ли я рассчитал, или нужно по другой формуле считать, или лучше промоделировать, но где?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ну, если очень хочется то можно и в Матлабе нестационарное уравнение теплопроводности порешать.

 

Что-то в схеме не то. RC-цепочки должны быть интегрирующие, а то фигня получается - резкий скачок тепловыделения кристалла мгновенно передаётся на радиатор.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Ну, если очень хочется то можно и в Матлабе нестационарное уравнение теплопроводности порешать.

Я в Матлабе это моделирую.

 

а то фигня получается - резкий скачок тепловыделения кристалла мгновенно передаётся на радиатор.

Может и фигня, но в этом и заключается смысл - резкий скачок тепловыделения кристалла не приведет сразу-же к резкому повышению его температуры, так как емкость не позволит. Тепло сначала израсходуется на нагрев кристалла и т.д.

Единственное, возможно я не все правильно нарисовал, но я только так себе представляю комбинирование параллельных RC цепочек с интегральными, так как все производители транзисторов дают RC параметры для параллельных RC-цепочек(на схеме слева). Но эти цепочки никаким образом не связаны с физикой термопроцессов, а просто схема замещения.

А вот интегрирующие RC-цепи - это уже четкое физическое представление - ток - мощность, напряжение - температура. И параметры R и С - это соответсвенно тепловое сопротивление и теплоемкость. Поэтому я радиатор и корпус так представил, так как могу эти значения расчитать.

Ну а скомбиниорвать я себе это решил вот так.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Привет. Второй вопрос по теме динамического моделирования.

Задача - промоделировать температуру чипа для IGBT модуля, установленного на медный водяной радиатор охлаждения.

Есть вот такая модель, как на картинке:post-25368-1314533317_thumb.png

В принципе внутри модуля все понятно - моделируем параллельными RC- цепочками и значения RC есть в даташитах.

Например на мой транзистор - http://www05.abb.com/global/scot/scot256.n...-03May%2005.pdf

 

С тепловым сопротивлением термопасты и радиатора я тоже вроде разобрался. Остались теплоемкости подложки и самого радиатора. Т.е. значения Ccase и Cheatsink. Они, конечно большие, но для динамики и это нужно знать.

Правильно ли я считаю.

Теплоемкость подложки не входит в даташитные данные, поэтому ее надо учитывать отдельно. Материал подложки - AlSiC. Теплоемкость в инете около 0.786Дж/(гК). Размеры подложки я померял циркулем и определил объем - 128см3. Плотность AlSiC - 3 г/см3. Т.е вес - 384г. В итоге теплоемкость такой пластины: 301 Дж/К.

Для медного радиатора я просто взял вес (5.4кг) и помножил его на теплоемкость меди - 390Дж/кгК . В итоге получилось 2106 Дж/К

 

Но что-то мне подсказывает, что данные значения слишком большие. Ведь радиатор не весь нагревается до рабочей температуры, а только та часть, что учавствует в теплообмене. В этом собственно и вопрос - правильно ли я рассчитал, или нужно по другой формуле считать, или лучше промоделировать, но где?

 

Я внимательно ABBшные доки не изучал, но судя по доке от Infineon/Eupec в тепловую динамическую модель входит корпус прибора.

А чтобы грамотно учесть радиатор, вам нужно поизучать темы о нестационарной теплопроводности. Я вам книгу Персова уже рекомендовал, там что то было из этой области.

 

Фронт тепла распространяется от подошвы вглубь довольно медленно.

Я делал модулятор с 10с импульсом, там хватило 5см дюраля в качестве теплоаккамулятора.

Причем, если сравнивать с медью, выигрыш у последней всего около 20% в динамике.

 

Моделировать радиатор можно так же RC цепочками.

В моем случае все было значительно проще: у меня с одной стороны IGBT, а с другой оребрение (теплосьем). Задача легко приводится к одномерной.

А у вас все гораздо сложнее. Боюсь придется вам Floherm или что то подобное осваивать.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Я внимательно ABBшные доки не изучал, но судя по доке от Infineon/Eupec в тепловую динамическую модель входит корпус прибора.

Дайте, пожалуйста, ссылку на этот документ от Infineon.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Дайте, пожалуйста, ссылку на этот документ от Infineon.

an_2001_05_thermal_impedance.pdf

 

Вот, кстати, еще наткнулся на интересный документик...

an_rthch_thermal_compound_foil_comparison.pdf

Share this post


Link to post
Share on other sites
an_2001_05_thermal_impedance.pdf

 

Вот, кстати, еще наткнулся на интересный документик...

an_rthch_thermal_compound_foil_comparison.pdf

 

Спасибо. Ща почитаем... Я тут, кстати, в собственных поисках тоже очень интересное чтиво на указанную тему откопал:

Thermal modelling

Thermal resistance

 

Я внимательно ABBшные доки не изучал, но судя по доке от Infineon/Eupec в тепловую динамическую модель входит корпус прибора.

Не знаю, может я и не совсем прав, но судя по тому, что я прочитал, в термоимпеданс из даташита входит только тепловое сопротивления Rth для корпуса (baseplate), но не его тепловая ёмкость Cth, которую надо учитывать отдельно.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this