DE2400479A1

DE2400479A1 - Power semiconductor cooling device - has semiconductor conductive housing adjacent liq. coolant channel in insulating housing

Info

Publication number: DE2400479A1
Application number: DE2400479A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: ECKERFELD GEB REIP ELISABETH
Current assignee: ECKERFELD GEB REIP ELISABETH
Priority date: 1974-01-05
Filing date: 1974-01-05
Publication date: 1975-07-17

Abstract

The cooling arrangement is intended for a power semiconductor element having an electrically uninsulated housing. The latter, or a component of good electric and thermal conductivity and mechanically connected to the housing, is arranged adjacent to a liquid coolant channel in an insulating housing. The channel length in the housing on both sides of the semiconductor element is so long that the liquid coolant column forms protective resistors between the semiconductors element and the channel openings. Pref. the insulating housing is in the form of a rectangular plate in which the liquid coolant channel forms a meander, the semiconductor element being located in the middle of the plate.

Description

Vorrichtllng zun Kühlen eines Leistungshalbleiters Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen eines Leistungshalbleiters mit elektrisch unisolierto Gehäuse. Device for cooling a power semiconductor. The invention relates to a device for cooling a power semiconductor with electrically uninsulated Casing.

Halbleiterbauelemente wie beispielsweise Triacs, werden auch zum Schalten relativ hoher Leistungen verwendet. Dabei wird in den Halbleiterbauelementen eine erhebliche Verlustwärme entwickelt, die zu starken Temperaturerhöhungen der Halbleiterbauelemente führen kann Solche Temperaturerhöhungen können wiederum zur Zerstörung der Halbleiterbauelemente führen. Für hohe Leistungen werden daher ziemlich sperrige Halbleiterbauelemente verwendet, die mit Kühlrippen versehen sind, um die entstehende Wärme abzuführen. Solche bekannten Leistungshalbleiter sind daher sperrig und teuer.Semiconductor components such as triacs are also used for switching relatively high performance is used. In this case, a considerable heat loss develops, which leads to strong temperature increases in the semiconductor components Such temperature increases can in turn lead to the destruction of the semiconductor components to lead. Semiconductor components are therefore quite bulky for high powers used, which are provided with cooling fins to dissipate the heat generated. Such known power semiconductors are therefore bulky and expensive.

Ublicherweise ist das Gehäuse eines solchen Halbleiterbauelementes spannungsführend. Das bedingt die Notwendigkeit einer Luftkühlung und schließt bei bekannten Anordnungen die Verwendung eirer im Vergleich zu der Luftkühlung wirksameren Wasserkühlung aus.The housing is usually such a semiconductor component live. This necessitates air cooling and includes known arrangements, the use of a more effective compared to air cooling Water cooling off.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kühlen eines Leistungshalbleiters zu schaffen, die eine wi-rsa=Xzere Kühlung als vorbekannte Vorrichtungen ernöglicht.The invention is based on the object of a device for cooling of a power semiconductor to create a wi-rsa = Xzere cooling than previously known Devices enabled.

Jer Erfindung liegt die speziellere rufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine Wasserzuhlung von Leistungshalbleitern nit elektrisch unisolierteni Gehäuse zu ermöglichen und so durch intensivere Kühlung die Verwendung kleinerer und billigerer Leistungshalbleiter für hohe Leistungen zu ermöglichen.Jer invention is based on the more specific task with simple Means a water supply of power semiconductors with electrically uninsulatedi To enable housing and so the use of smaller ones through more intensive cooling and to enable cheaper power semiconductors for high performance.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gehäuse des Leistungshalbleiters oder ein mit diesem mechanisch verbundener elektrisch- iiid wärmeleitender Teil an einen tühlflüssigkeitskanal angrenzt, der in einem Isolierstoffgehäuse angeordnet ist und in diesem zu beiden Seiten des Leistungshalbleiters eine solche Länge besitzt, daß eine in dem Kanal enthaltene Kühlflüssigkeitssäule elektrische Widerstände zwischen dem Leistungshalbleiter und den Kanalmündungen bildet.According to the invention this object is achieved in that the housing of the power semiconductor or an electrically connected iiid heat-conducting part adjoins a coolant channel, which is in an insulating material housing is arranged and in this one on both sides of the power semiconductor Has length that a column of coolant contained in the channel electrical Forms resistances between the power semiconductor and the channel mouths.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt schematisch in Draufsicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Leistungshalbleiter.Embodiments of the invention are hereinafter referred to explained in more detail on the associated drawings: Fig. 1 shows schematically in plan view an inventive device for a power semiconductor.

Fig. 2 zeigt die AnYrendung der E;2iidng bei einem elektrischen Durchlalloexqhitzo:c. Fig. 2 shows the application of the E; 2iidng in an electrical pass-through, exqhitzo: c.

Bei der Ausführungsform nach Pig. 1 enthält ein plattenförmiger Isolierstoffkörper 10 einen mäanderförmigen Durchlaufkanal 12. Ein Leistungshalbleiter 14 ist mit einer Montageplatte 16 aus Metall auf einer Seite des plattenförmigen Isolzstoffkörpers 10 in der Mitte von dessen Stirnseite angeordnet und grenzt mit seinem Gehäuse oder einem mit dem Gehäuse elektrisch und wärmeleitend verbundenen Metallteil an den Mittelteil 18 des Durchlaufkanals 12 an.In the Pig. 1 contains a plate-shaped insulating body 10 a meandering flow channel 12. A power semiconductor 14 is with a Mounting plate 16 made of metal on one side of the plate-shaped insulating body 10 arranged in the middle of its end face and bordered with its housing or a metal part connected to the housing in an electrically and thermally conductive manner Middle part 18 of the flow channel 12.

Wenn Wasser von einem Einlaß 20 zu einem Auslaß 22 durch den Durchlaufkanal 12 hindurchgeleitet wird, dann steht es in unmittelbarem wärmeleitenden aber auch elektrischem Kontakt mit dem Gehäuse des Leistungshalbleiters 14. Die Wassersäule in dem Durchlaufkanal 12 zwischen dem Einlaß 20 und dem Gehäuse des l;eistungshalbleiters 14 bzw. zwischen dem Gehäuse des Leistungshalbleiters 14 und dem Auslaß 22 bildet jeweils einen elektrischen Schutzwiderstand, an welchem der Spannungsabfall zwischen dem Potential des Gehäuse des Leistungshalbleiters und dem Erdpotential der Anschlüsse 20 und 22 ohne untragbaren Stromfluß abfallen kann.When water from an inlet 20 to an outlet 22 through the flow channel 12 is passed through, then it is in direct heat-conducting but also electrical contact with the housing of the power semiconductor 14. The water column in the flow channel 12 between the inlet 20 and the housing of the power semiconductor 14 or between the housing of the power semiconductor 14 and the outlet 22 forms each has an electrical protective resistor at which the voltage drop between the potential of the housing of the power semiconductor and the ground potential of the connections 20 and 22 can drop without an intolerable flow of current.

Fig. 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel einen elektrischen Durchlauferhitzer mit einem Kanalblock 24 aus Isolierstoff, in welchem ein mäanderförmiger Durchlaufkanal 26 vorgesehen ist. Der Durchlaufkanal 24 enthält drei Heizkanäle 28, 30, 32, in denen Heizwendeln 34, 36, 38 unisoliert angeordnet sind. Die Heizwend-eln 34, 36, 38 liegen in Sternschaltung an den Drehstromphasen RST. Den Heizwendeln vor- bzw. nachgeschaltet sind Vorschaltkanäle 40 bzw. 42, wobei die in den Vorschaltkanälen enthaltenen Wassersäulen elektrische Widerstände als Schutzwiderstände zwischen den Heizkanälen und den spannungsführenden Heizwenin und den geerdeten Einlaß bzw. Auslaßanschlüssen 44 bzw. 46 bilden. Pei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das Ende des Heizkanals 28, welches mit dem Vorschaltkanal 40 in Verbindung steht, i.Ir Sternpunkt der Heizwendeln 34, 36, 38, also normalerweise ebenfalls auf Erdpotential.As a further exemplary embodiment, FIG. 2 shows an electric water heater with a channel block 24 made of insulating material, in which a meander-shaped flow channel 26 is provided. The flow channel 24 contains three heating channels 28, 30, 32, in which heating coils 34, 36, 38 are arranged uninsulated. The heating coils 34, 36, 38 are connected to the three-phase RST in a star connection. In front of or in front of the heating coils downstream are upstream channels 40 and 42, respectively, with those in the upstream channels contained water columns electrical resistances as protective resistances between the heating ducts and the live ones Heizwenin and the grounded Form inlet and outlet ports 44 and 46, respectively. Pei the illustrated embodiment is the end of the heating channel 28, which is connected to the upstream channel 40 stands, i.Ir the star point of the heating coils 34, 36, 38, so normally also on earth potential.

Elektrische Durchlauferhitzer dieser Art sind an sich bekannt.Electric water heaters of this type are known per se.

Erfindungsgemäß ist ein Leistungshalbleiter 48 auf der oberen Stirnseite des Kanalblocks 24 montiert. Der Leistungshalbleiter 48 sitzt auf dem Kopf eises Bolzens 50, der in den Vorschaltkanal 40 hineinragt,und zwar an einer Stelle, die im Abstand - längs des Vorschaltkanals 40 gemessen -sowohl von dem Heizkanal 28 als auch von dem Einlaß 44 liegt.According to the invention, a power semiconductor 48 is on the upper end face of the channel block 24 mounted. The power semiconductor 48 sits on the head of ice Bolt 50, which protrudes into the ballast channel 40, at a point that at a distance - measured along the upstream duct 40 - from both the heating duct 28 as well as from inlet 44.

Auf diese Weise werden von den Teilen des Vorschaltkanals 40 zwischen dem Bolzen 50 und dem Heizkanal 28 bzw. zwischen dem Bolzen 50 und dem Einlaß 44- Schutzwiderstände gebildet, so daß der Bolzen 50 auf dem Potential des Gehäuses des Leistungshalbleiters 48 liegen kann und sowohl von den Phasen RST als auch von dem Erdpotential am Einlaß 44 durch einen ;jchutzwiderstand getrennt ist. Hierzu wird der mit Rücksicht auf die spannungsführenden Heizwendeln 34, 36, 38 sowieso vorhandene Vorschaltkanal 40 ausgenutzt. Die von dem Leistungshalbleiter 48 entwickelte und von dem Durchlaufwasser weggeführte Wärme wird bei dem Durchlauferhitzer, bei welchem es ja darum geht, Wasser zu erwärmen, nutzbringend verwendet.In this way, of the parts of the ballast channel 40 between the bolt 50 and the heating channel 28 or between the bolt 50 and the inlet 44- Protective resistors are formed so that the bolt 50 is at the potential of the housing of the power semiconductor 48 can be and both of the phases RST and of the ground potential at inlet 44 is separated by a protective resistor. For this is anyway with regard to the live heating coils 34, 36, 38 Existing upstream channel 40 is used. The developed by the power semiconductor 48 and heat carried away by the flow water is used in the flow heater, at which is about heating water, used usefully.

Der Leistungshalbleiter 48 kann ein- Triac sein, der nach Maßgabe der Auslauftemperatur gesteuert ist, um die Auslauftemperatur des Durchlauferhitzers zu regeln.The power semiconductor 48 can be a triac, which according to the outlet temperature is controlled to the outlet temperature of the water heater to regulate.

Claims

Claims) Device for cooling a power half meter with electrically uninsulated housing, characterized in that the housing of the Power semiconductor (14, 48) or an electrically connected mechanically and the heat-conducting part (see above) adjoins a cooling liquid channel (12, 26) which is arranged in an insulating housing (10, 24) and in this on both sides of the power sub-conductors (14, 48) has such a length that one in the channel Contained coolant column electrical protective resistors between the power semiconductor and the channel mouths (20, 28; 44, 46).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the insulating body (10) is a rectangular plate in which the cooling liquid channel (12) is meandering runs, and that the power semiconductor (14) sits in the middle on this plate and with its housing or the part connected thereto through a transverse to the cooling liquid channel running bore with sealing of the bore to the outside on the middle part (18) of the coolant channel (12) is adjacent.

3. Device according to claim 1, characterized in that the insulating material body (24) a channel block of an electric water heater St, whose water flow channel (26) heating channels (28, 30, 32) with heating coils (34, 36, 38) and these heating channels upstream and downstream, each with an electrical water column resistor as Contains protective resistor forming upstream channels (40, 42), and that the housing of the power semiconductor or the part connected thereto (50) into the inlet-side upstream channel (40) at a distance from both the mouth (44) this upstream channel (40) as well as from the adjacent heating channel (28) protrudes.

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