Die Kühlalternativen
Der BMR510 ist so aufgebaut, dass sich die wichtigsten wärmeerzeugenden Halbleiter auf einer Tochterplatine auf der Oberseite befinden, deren Halbleiteroberflächen koplanar sind, und dass eine Kühlplatte oder ein Kühlkörper einfach angebracht werden kann, typischerweise mit einer thermischen Spaltauflage befestigt.
Ein kleiner Teil der Wärmeabfuhr erfolgt durch Wärmeleitung durch das Modul und seine Anschlüsse zur Hostplatine, ein anderer Teil durch Konvektion an die Umgebungsluft.
Um dies zu berücksichtigen, stellt Flex Power Modules ein Derating-Diagramm zur Verfügung (Abbildung 2Die Daten umfassen die Temperatur der Kühlplatte und die Temperatur der Hostplatine und zeigen, dass bei einer Eingangsspannung von 13,5 V und einer Kühlplattentemperatur von 90 °C bzw. einer Platinentemperatur von 60 °C die vollen 80 A aufgenommen werden können. Dies gilt bei einem isolierenden 0,5 mm breiten Spaltpad und einer Wärmeleitfähigkeit von 3,5 W/mK. Die Kühlung von oben eignet sich für Anwendungen, bei denen über der Hostplatine ausreichend Platz für eine Kühlplatte oder einen Kühlkörper mit Zwangs- oder Konvektionskühlung vorhanden ist oder wenn die Hostplatine nur begrenzt Wärme über ihre Masse und Kupferflächen abführen kann.
Abbildung 2: Reduzierung der Leistungsaufnahme des intelligenten Leistungsblocks BMR510 mit Kühlung von oben unter Berücksichtigung der Temperatur von Kühlplatte und Host-Board
Der BMR511 hingegen ist für die Kühlung von unten ausgelegt, wobei die Wärme der Halbleiter größtenteils über das Modulsubstrat und die Anschlüsse zur Hostplatine abgeleitet wird.
Abbildung 3: Leistungsreduzierung des von unten gekühlten intelligenten Leistungsblocks BMR511 in Abhängigkeit von Umgebungstemperatur und spezifiziertem Luftstrom
Die Oberseite des Moduls bildet die ebene Fläche der Hauptinduktivität und bietet zudem Platz für die Anbringung eines Kühlkörpers oder einer Kühlwand zur zusätzlichen Kühlung. Da der Wärmewiderstand zur Hostplatine relativ hoch ist, wird der BMR511 üblicherweise mit etwas Luftzirkulation spezifiziert und kann seine volle Ausgangsleistung von 80 A bei einer Umgebungstemperatur von über 80 °C und einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 4 m/s erreichen., Abbildung 3.
Bei Verwendung einer Kühlplatte kann die volle Ausgangsleistung von 80 A bei 12 V Eingangsspannung und einer Temperatur von bis zu 90 °C für die Hostplatine und die Kühlplatte erreicht werden. Dies gilt bei einem 1 mm breiten Kontaktpad und einer Wärmeleitfähigkeit von 8 W/mK. Die Kühlung des BMR511 von unten ist dann sinnvoll, wenn wenig oder kein Platz über dem Modul vorhanden ist, eine Zwangsluftkühlung zur Verfügung steht und die Hostplatine so ausgelegt ist, dass sie die Wärme über ihre Oberflächen abführt.
Alle Anwendungen unterscheiden sich hinsichtlich ihrer mechanischen Anordnung, Luftströmung und Wärmewiderstände gegenüber der Wärmeabfuhr. Daher definiert Flex Power Modules die thermische Leistung seiner Module umfassend. Dies beinhaltet Tests mit definierter Modulausrichtung, Luftstromrate und Temperatur sowie definierten Abmessungen der Hostplatine und der Kühlplatte und deren Wärmewiderständen. In den Produktdatenblättern sind kritische Punkte mit ihren maximal zulässigen Temperaturen gekennzeichnet. Ein Übertemperaturschutz ist integriert, und die Temperatur kann zur Fernüberwachung erfasst werden. Zusätzlich stellt Flex Power Modules auf Anfrage thermische Modelle für beide Produkte zur Verfügung.
Abschluss
Der verfügbare Platz über der Hostplatine entscheidet darüber, ob eine Kühlung von oben mit einem Kühlkörper oder einer Kühlplatte möglich ist. Ist dies der Fall, spielen Bedenken hinsichtlich der Wärmeableitungsfähigkeit der Hostplatine eine untergeordnete Rolle. Wird aus Platzgründen oder zur Kostenersparnis bei Kühlkörpern und deren Befestigungen eine Kühlung von unten gewählt, muss die Hostplatine hinsichtlich ihrer Wärmeableitungsfähigkeit ausgelegt und bewertet werden. In der Regel ist eine kontrollierte Luftzirkulation erforderlich. In beiden Fällen arbeiten die integrierten Leistungsstufen der Flex-Leistungsmodule mit ihrer vollen Nennleistung einwandfrei.
