Heatsinks voor vermogenselektronica: essentiële onderdelen van de thermische huishouding

De onderschatting van systeemkoeling

Met meer dan 40 jaar ervaring in de vermogenselektronica heb ik waarschijnlijk meer dan duizend verschillende ontwerpen van elektrische systemen gezien. Het is mij duidelijk geworden dat bij het ontwerp van (vermogens)elektronicasystemen het belang van de thermische huishouding en het kiezen van de juiste heatsinks voor vermogenselektronica soms wordt onderschat. Vaak richt de ontwerpend ingenieur zich voornamelijk op het kiezen van de juiste halfgeleiders en de besturingselektronica.

Maar let op: de thermische huishouding van het systeem, inclusief de juiste heatsink, is echter net zo belangrijk!

“Een goed ontworpen, compact maar betrouwbaar systeem vraagt om een perfecte harmonie van vermogensdissipators en de voorzorgsmaatregelen die genomen zijn om het “koel te houden”!

Koelprincipes

Allereerst moet de koeling van het elektrische systeem ervoor zorgen dat de maximaal toegestane junctietemperatuur van de halfgeleiders en andere componenten die warmte dissiperen, onder de slechtst denkbare omstandigheden, nooit het gespecificeerde maximum zal overschrijden. Nog beter: blijf er ruim onder om een veiligheidsmarge te garanderen.

Maximale temperaturen berekenen

Het berekenen van temperaturen is geen hogere wiskunde als alle vereiste parameters goed gedefinieerd zijn.

Het gedissipeerde vermogen, vermenigvuldigd met de som van de in serie geschakelde thermische weerstanden, leidt tot de temperatuursprong (ΔT). Door dit op te tellen bij de maximale omgevingstemperatuur wordt de maximale (junctie)temperatuur verkregen.

De levensduur van componenten hangt sterk af van hun temperaturen en nog meer van hun temperatuurvariatie. Dit geldt vooral voor systemen die een belastingsvermogen moeten regelen dat sterk varieert in de tijd.

Temperatuurvariatie heeft een grote invloed op de mechanische spanning op componenten en moet daarom zoveel mogelijk worden beperkt, afhankelijk van de levensduureis. Denk aan de bonddraden die de halfgeleiderchips met de buitenwereld verbinden!

Door het koelsysteem te overdimensioneren, worden de maximale temperaturen en dus de maximale temperatuurvariatie beperkt en wordt de levensduur verlengd.

Heatsink-oplossingen voor vermogenselektronica

Het verlagen van de temperaturen, veroorzaakt door de dissipatie van de relevante componenten van een systeem, kan worden bereikt door de meest geschikte heatsink voor een specifieke toepassing te selecteren.

De heatsink-leverancier is de partij om het best mogelijke advies te krijgen. Een professionele fabrikant kan de temperatuurafwijking binnen de heatsink adequaat simuleren, waarbij de hotspots en de relevante waarden nauwkeurig worden weergegeven, op basis van de toepassingsinformatie die aangeeft welke componenten op welke locatie van de heatsink moeten worden gemonteerd en het gedissipeerde vermogen per component.

Afhankelijk van het vermogen van een systeem kan een heatsink zijn: (in volgorde van laag naar hoog vermogen)

Astrolkwx levert vele gelijkrichters gebouwd met deze AlN-heatsinks voor de maritieme industrie. Ze worden in het systeem toegepast om de wisselstroom van de generator(en) gelijk te richten en de DC-bus aan boord te voeden.

Last but not least: het raadplegen van de leverancier van vermogenselektronica (Astrolkwx) of de componentenfabrikant kan veel tijdrovend experimenteren voorkomen. Zorg ervoor dat u geïnformeerd bent over het gebruik van aangepaste thermische folies of pasta’s en de juiste montage van de halfgeleiders. Dit resulteert in een optimaal thermisch ontwerp dat bijdraagt aan de algehele efficiëntie van het systeem.

Heatsinks voor vermogenselektronica in ons productportaal

Astrolkwx heeft een uitgebreid portfolio heatsinks van ons gewaardeerde A-merk Mecc.AL. Wij nodigen u uit om een bezoek te brengen aan ons gloednieuwe productportaal voor een snelle heatsink-tour!