Теплоемкость водяного радиатора и подложки силового модуля, Как правильно расчитать и смоделировать Опции

[syoma]

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:

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?

[SSerge]

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.

[syoma]

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.

[SmartRed]

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:

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.

[hbot]

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.

[SmartRed]

Дайте, пожалуйста, ссылку на этот документ от Infineon.

 an_2001_05_thermal_impedance.pdf ( 165.27 килобайт ) Кол-во скачиваний: 409


Вот, кстати, еще наткнулся на интересный документик...
 an_rthch_thermal_compound_foil_comparison.pdf ( 224.23 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1044

[hbot]

 an_2001_05_thermal_impedance.pdf ( 165.27 килобайт ) Кол-во скачиваний: 409


Вот, кстати, еще наткнулся на интересный документик...
 an_rthch_thermal_compound_foil_comparison.pdf ( 224.23 килобайт ) Кол-во скачиваний: 1044

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.