MA – Thermische Charakterisierung eines direktgekühlten, segmentierten Leistungshalbleitermoduls

Im Zuge der Entwicklung neuer Geschäftsmodelle in der Leistungselektronik, welche auf Nachhaltigkeit, Erweiterbarkeit und Reparierbarkeit abzielen, müssen Produkte über die gängigen Designgrenzen hinaus neu konzipiert werden. Konventionelle leistungselektronische Halbbrückenmodule sind bisher in sich geschlossene Einheiten, die weder erweiterbar noch reparierbar sind. Sie bestehen aus diversen, teilweise schwer trennbaren Werkstoffen. Die Nutzung dielektrischer Flüssigkeiten kann hier eine innovative Lösung darstellen, durch die sowohl die elektrische Isolation als auch die Kühlung gewährleistet wird.

Das Hauptziel dieser Masterarbeit ist die Untersuchung eines prototypischen Halbbrückenmoduls, welches die Direktkühlung durch eine dielektrische Flüssigkeit nutzt. Das Modul ist intern aus Submodulen aufgebaut, so dass die Anzahl der parallelen Einzelschalter skaliert werden kann. Es wird ein Kühlkanal aufgebaut und mit geeigneter Messtechnik und Peripherie ausgestattet, um während des Kühlbetriebs Z_th-Messungen durchführen zu können. Das Verhalten des Messaufbaus soll durch analytische Berechnungen und numerische Simulationen mit CelsiusEC plausibilisiert werden.

Das Modul wird anschließend in verschiedenen Konfigurationen aufgebaut und vermessen, um die Wechselwirkungen der Wärmequellen zu analysieren. Die Messergebnisse werden mit den Berechnungen und Simulationen verglichen und umfassend dokumentiert. Abschließend werden Entwicklungspotentiale für zukünftige Anwendungen identifiziert und analysiert. Durch diese strukturierte Herangehensweise soll die Arbeit einen Beitrag zur Verbesserung der Nachhaltigkeit und Effizienz leistungselektronischer Systeme leisten.

Bearbeiter: Mario Hubben

Betreuer: Thomas Menrath (Fraunhofer IISB)

Verantwortlicher:  Prof. Dr.-Ing. Martin März