Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

3 Datenblattangaben für MOSFET, IGBT, Dioden und Thyristoren
3.2.2 Thermische Impedanz und thermischer Widerstand
Die thermische Impedanz ist definiert als ein Quotient der Zeitfunktion einer Temperaturdifferenz
dividiert durch die eingeprägte Verlustleistung. Sie wird als Diagramm in Abhängigkeit von der Zeit
in den Datenblättern angegeben.
T
1(t)
T2
(t)
Z
th(t)
P
Der statische Endwert ist der thermische Widerstand. Dieser ist als Kennwert in den Datenblättern
angegeben. Je nach Wahl der Messpunkte der beiden Temperaturwerte unterscheidet man z.B.:
--
Z th(j-c)
/ R th(j-c)
Sperrschicht-Gehäuse
--
Z th(c-s)
/ R th(c-s)
Gehäuse-Kühlkörper
--
Z th(s-a)
/ R th(s-a)
Kühlkörper-Umgebung
--
Z th(j-a)
/ R th(j-a)
Sperrschicht-Umgebung
Da T c
und T s
von der Lage des Messpunktes abhängig sind, können sich ihre Anteile am thermischen
Gesamtwiderstand verschieben. In der Summe muss jedoch immer gelten (sinngemäß
auch für Z th
):
R th(j-c)
+ R th(c-s)
+ R th(s-a)
= R th(j-a)
Berechnungen mit dem thermischen Widerstand sind anwendbar bei reinen Gleichgrößen und für
die Ermittlung von Temperaturmittelwerten periodischer Funktionen. Normalerweise sind jedoch
der Strom im Halbleiterbauelement und damit auch die Verlustleistung zeitabhängige Größen. Bei
Netzgleichrichtern schwanken die Verluste und Temperaturen mit der Netzfrequenz um einen Mittelwert.
Im Maximum der Belastung ergibt sich eine höhere Ersatzsperrschichttemperatur T j
als sich
bei Gleichstrombelastung oder bei Berechnung mit einer mittleren Verlustleistung P FAV
/P TAV
und R th
einstellen würde. Die Höhe der Temperaturschwankung ist abhängig von der Stromform und der
Leitdauer innerhalb einer Netzperiode. Mit Hilfe der thermischen Impedanz kann für jeden beliebigen
Zeitverlauf der Verlustleistung P(t) die aktuelle Sperrschichttemperatur T j
(t) berechnet werden.
In Datenblättern älterer Bauelemente sind wegen der damals eingeschränkten Rechenmöglichkeiten
noch Hilfsgrößen angegeben. Diese sollen dem Anwender ermöglichen, die von der Last
bedingte Verlustleistungs- und Temperaturschwankung auf Grund der Betriebsfrequenz mit zu
berücksichtigen. Physikalisch nicht korrekt, aber als mathematisches Hilfsmittel wird der statische
R th
mit einem Korrekturfaktor multipliziert, um von der mittleren auf die Maximaltemperatur hochzurechen
(Bild 3.2.3). Dieser als reine Rechengröße oder als Diagramm ausgegebene „R th
“ gilt
für die angegebene Stromform und den Leitwinkel bei Frequenzen von 40…60 Hz. Die Angabe
„Rec120“ bedeutet also „rechteckiger Strom mit einer Leitdauer von 120°“.
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