EP3602620A1 - Kühlvorrichtung - Google Patents

Kühlvorrichtung

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Publication number
EP3602620A1
EP3602620A1 EP18720153.8A EP18720153A EP3602620A1 EP 3602620 A1 EP3602620 A1 EP 3602620A1 EP 18720153 A EP18720153 A EP 18720153A EP 3602620 A1 EP3602620 A1 EP 3602620A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coolant
cooling
switching elements
cooling device
electronic circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18720153.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Katrin Benkert
Martin Kautz
Andreas Macher
Christian Schacherer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3602620A1 publication Critical patent/EP3602620A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
    • H10W40/47—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing liquids, e.g. forced water cooling
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/1927—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors
    • G05D23/193—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces
    • G05D23/1932—Control of temperature characterised by the use of electric means using a plurality of sensors sensing the temperaure in different places in thermal relationship with one or more spaces to control the temperature of a plurality of spaces
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20945—Thermal management, e.g. inverter temperature control
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/60—Securing means for detachable heating or cooling arrangements, e.g. clamps
    • H10W40/611—Bolts or screws
    • H10W40/613—Bolts or screws for stacked arrangements of a plurality of semiconductor devices

Definitions

  • cooling apparatus The invention relates to a cooling device for cooling a semiconductor integrated circuit according to the preamble of claim 1 and a method for cooling a semiconductor circuit according to the preamble of claim 3.
  • Electrical or electronic components in particular Leis ⁇ processing circuits, which are configured as a rule by semiconductor switching elements, must be cooled due to their high varnishent ⁇ development during switching operations and in conducting, current-carrying state in general.
  • water-cooled cooling boxes are being used, which are called
  • Heatsink serve for the semiconductor elements. These cooling boxes can be connected in series or in parallel. With an interconnection in series, the pressure losses accumulate and the cooling water temperature increases from can to can up to a maximum permissible value. In the parallel connection of a comparatively higher flow rate must be gleichmä ⁇ SSIG divided into many cooling boxes. In the published publications ⁇ lichung thyristor valve for the 12-Pulse Converter for the 3 Gorges, 2010 International Conference on Power System Tech- nology, IEEE 978-1-4244-5939-1 / 10, it is suggested by a sophisticated management system, high claimed components to cool more than less stressed elements. In vie ⁇ len semiconductor circuits, however, it is so that the individual semiconductor devices are heavily loaded in different ways over time or be in an idle phase. For this case, both pumps for operating the coolant as well as the coolant flows and the heat ⁇ meleyvorraumen must be designed accordingly that always the maximum heat dissipation can be guaranteed.
  • the object of the invention is to provide a coolant device and a method for operating a coolant device that is capable of cooling Of semiconductor circuits to ensure safe and while compared to the prior art, a lower pump power and heat exchanger performance requires.
  • the solution of the invention consists in a cooling device for cooling a semiconductor circuit having the features of patent claim 1 and in a method for cooling a semiconductor circuit having the features of patent claim 3.
  • the cooling device for cooling an electronic circuit, in particular a semiconductor circuit having a plurality of switching elements, in particular semiconductor switching ⁇ elements, referred to as the semiconductor switching elements ⁇ net, has the following characteristics: Firstly, the cooling ⁇ device comprises a plurality of heat sinks, each having the half ⁇ conductor switching elements are in thermal communication. Furthermore, the cooling device has a coolant distributor device for distributing coolant to the heat sinks.
  • the invention is characterized in that ademit ⁇ telhneregelung is provided for variable control of coolant sub-streams. Furthermore, there is a data connection between this coolant flow control and the electronic circuit, in particular the semiconductor circuit for information transmission of load conditions of the switching elements.
  • any switching elements electronic components are understood, in particular integrated circuits, thyristors, FET or IGBT may include, but ⁇ Kunststoffliche semiconductor switches, etc. be used.
  • a plurality of different semiconductor switching elements or components can be used in a semiconductor circuit.
  • the term heat sink is understood to mean bodies which are suitable for dissipating heat and through which the coolant flows or flows.
  • the cooling bodies are configured with semiconductor switching elements in the form of cooling cans which are traversed by the cooling medium.
  • the cooling boxes or heatsinks in general are furthermore in thermal connection with the semiconductor switching elements or the electronic components.
  • the component or the switching element is connected as closely as possible to the heat sink, and that, for example, a thermally conductive paste is used to connect these two elements. It may also be such that a semiconductor switching element between two heat sinks or cooling boxes or a heat sink between two semiconductor switching elements is embedded similar to a sandwich construction. Thus, a plurality of cooling boxes and semiconductor switching elements can be alternately joined together, so that one field
  • the term loading conditions is understood to what extent the semi ⁇ conductor switching element is at a certain time, which may be in the future, in use. By determining the load condition, conclusions can be drawn about the absorbed heat of the semiconductor switching element and the resulting temperature of the component and adapted accordingly to coolant flows.
  • the advantage of the described cooling device is that it can react to load conditions of the semiconductor switching elements va ⁇ riabel and that the cooling device is designed so that the partial currents that lead to the individual cooling boxes and thus to the individual semiconductor switching elements are adjusted so that they can dissipate the heat arising from the components as needed.
  • a multi-way valve is used in the coolant distribution device for this purpose.
  • This multi-way valve can be electronically, electromechanically, hydraulically or pneumatically controlled by the coolant flow control.
  • a further component of the invention is a method for operating a cooling device having the features of patent claim 3. This method achieves the same object as the cooling device per se and has substantially the same advantages already mentioned with respect to the cooling device.
  • Figure a schematic representation of a cooling device for cooling semiconductor switching elements with cooling boxes.
  • a cooling device 2 for cooling a semiconductor circuit 4 with individual semiconductor switching elements 6 and heat sinks, which are configured in the form of cooling boxes 8, shown.
  • a coolant distributor device 10 which comprises a multi-way valve 11
  • a coolant 12 which flows through a coolant line 22 is subdivided by way of example into three partial streams 18.
  • This part ⁇ streams 18, 18 ⁇ and 18 ⁇ ⁇ and the cooling means 12 can fundamentally ⁇ additionally to individual cooling cans 8, which are thermally connected to the semiconductor switching elements 6 in combination, are directed or can be directed to panels 26 of switching elements 6 and heat sinks 8 , Before such a field 26, which is not explicitly shown here, a further cooling ⁇ medium distribution device may be provided in a subordinate form.
  • the cooling lines 18 are statically, connected in parallel on cooling boxes 8 of the individual ⁇ nen fields 26 divided.
  • the cooling boxes 8 can also be connected in series with respect to the coolant partial flow 18 be, which is not shown here.
  • This series connection can be advantageous according to the allowed or planned switch-on of the semiconductor elements.
  • two fields 26, which may not be simultaneously conductive at the same time can be statically connected in series.
  • the coolant 12 is not fed back into the circuit via a heat exchanger 20 and the coolant distribution device 10, but instead is replaced by fresh, cool coolant.
  • a data connection 16 is provided which extends from the semiconductor circuit 4 in general, in particular from different fields 26 of the semiconductor circuit 4 or a higher-level control device of the semiconductor circuit 4, not shown here, to a coolant flow control 14.
  • the illustration in the present figure is to be seen here merely by way of example, it is to be described that information about operating states or load states of the semiconductor switching elements is transmitted to the coolant flow control 14 itself from the semiconductor circuit.
  • this information can be implemented by the coolant flow control 14 in such a way that the partial flow 18 against the partial flow 18th ⁇ and 18 ⁇ ⁇ is increased.
  • a control signal is issued from the coolant flow control ⁇ 14 to the coolant distribution device 10, which in turn has a direct effect on the multi-way valve 11 and the passage leading to the partial flow 18 is opened relative to the partial flow 18 ⁇ and is opened further and a higher Flow of coolant 12 into the partial flow 18 takes place.
  • a not shown secondary coolant distributor device may be arranged before the distribution to the field 26, which in turn individual semiconductor elements 6 or the cooling boxes 8, which belong to the individual ⁇ NEN semiconductor elements 6, flows through correspondingly stronger or weaker with the coolant 12 become.
  • each individual semiconductor switching element 6 can be selectively addressed. It may also be expedient for information to come from the semiconductor circuit 4 to the coolant flow control 14, the load or the expected load of the individual semiconductor switching elements 6 or of whole fields 26 in the current state and in closer, to be defined or fixed future include.
  • the coolant flow control 14 the coolant distribution device 10 control such that specifically this semicon ⁇ conductor switching element or this field 26 or 26 ⁇ and 26 ⁇ ⁇ is flowed through with the coolant 12 and thus pre-cooled.
  • the heat sink or the cooling boxes 8 are thus replaced by the proposed cooling device.
  • the described coolant device or the described method for cooling a semiconductor circuit in this case has the advantages that overall a lower Energybe ⁇ may exist for cooling water pumps. Furthermore, the device described leads to lower thermal stress of the semiconductor switching elements 6, when the end of the load, ie at the end of the operation, the cooling is turned off. Thus, the semiconductor switching element is not shock-cooled down to the cooling ⁇ water temperature. Further, it is advantageous if the formation of Todwasser by substances can concentrate itself, which increase the conductivity of the cooling medium around ⁇ is prevented by frequent regular switching of the various substreams.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer elektronischen Schaltung (4), die mehrere Schaltelemente (6) aufweist, wobei die Kühlvorrichtung (2) mehreren Kühlkörper (8), die mit den Schaltelementen (6) in thermischer Verbindung stehen und eine Kühlmittelverteilervorrichtung (10) zur Verteilung von Kühlmittel (12) an die Kühlkörper (8) umfasst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Kühlmittelflussregelung (14) zur variablen Regelung von Kühlmittel-Teilströmen (18) vorgesehen ist und eine Datenverbindung (16) zwischen der Kühlmittelflussregelung (14) und der elektronischen Schaltung (4) zur Informationsübertragung von Belastungszuständen der Schaltelemente (6) besteht.

Description

Beschreibung Kühlvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Halbleiterschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Kühlung einer Halbleiterschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3. Elektrische oder elektronische Bauteile, insbesondere Leis¬ tungsschalter, die in der Regel durch Halbleiterschaltelemente ausgestaltet sind, müssen aufgrund ihrer hohen Wärmeent¬ wicklung bei Schaltvorgängen und im leitenden, stromdurch- flossenen Zustand in der Regel gekühlt werden. Dabei kommen derzeit wasserdurchströmte Kühldosen zum Einsatz, die als
Kühlkörper für die Halbleiterelemente dienen. Diese Kühldosen können in Reihe oder parallel verschaltet werden. Bei einer Verschaltung in Reihe summieren sich die Druckverluste auf und die Kühlwassertemperatur steigt von Dose zu Dose bis zu einem zulässigen Maximalwert an. Bei der parallelen Verschaltung muss ein vergleichsweise höherer Volumenstrom gleichmä¬ ßig auf viele Kühldosen aufgeteilt werden. In der Veröffent¬ lichung Thyristor Valve for the 12-Pulse Converter for the 3 Gorges, 2010 International Conference on Power System Techno- logy, IEEE 978-1-4244-5939-1/10, wird vorgeschlagen, durch ein aufwendiges Leitungssystem, hoch beanspruchte Bauelemente stärker zu kühlen, als weniger beanspruchte Elemente. In vie¬ len Halbleiterschaltungen ist es jedoch so, dass die einzelnen Halbleiterbauelemente in zeitlich unterschiedlicher Weise stärker belastet werden bzw. sich in einer Leerlaufphase befinden. Für diesen Fall müssen sowohl Pumpen zur Betreibung des Kühlmittels sowie auch die Kühlmittelströme und die Wär¬ metauschvorrichtungen entsprechend ausgestaltet sein, dass stets die maximale Wärmeabfuhr gewährleistet werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Kühlmittelvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlmittelvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Kühlung von Halbleiterschaltungen sicher zu gewährleisten und dabei gegenüber dem Stand der Technik eine geringere Pumpenleistung und Wärmetauscherleistung erfordert. Die Lösung der Erfindung besteht in einer Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Halbleiterschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie in einem Verfahren zur Kühlung einer Halbleiterschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung zur Kühlung einer elektronischen Schaltung, insbesondere einer Halbleiterschaltung mit mehreren Schaltelementen, insbesondere Halbleiterschalt¬ elemente, im Weiteren als Halbleiterschaltelemente bezeich¬ net, weist folgende Merkmale auf: Zum Einen umfasst die Kühl¬ vorrichtung mehrere Kühlkörper, die jeweils mit den Halb¬ leiterschaltelementen in thermischer Verbindung stehen. Ferner weist die Kühlvorrichtung eine Kühlmittelverteilervorrichtung zur Verteilung von Kühlmittel an die Kühlkörper auf. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Kühlmit¬ telflussregelung zur variablen Regelung von Kühlmittelteilströmen vorgesehen ist. Ferner besteht eine Datenverbindung zwischen dieser Kühlmittelflussregelung und der elektronischen Schaltung, insbesondere der Halbleiterschaltung zur Informationsübertragung von Belastungszuständen der Schaltelemente .
Unter Schaltelemente werden hierbei jegliche elektronische Bauelemente verstanden, insbesondere können dabei unter¬ schiedliche Halbleiterschalter, integrierte Schaltkreise, Thyristoren, FET oder IGBT o.ä. zum Einsatz kommen. In einer Halbleiterschaltung können selbstverständlich mehrere unterschiedliche Halbleiterschaltelemente bzw. Bauelemente zum Einsatz kommen. Unter dem Begriff Kühlkörper versteht man Körper, die zur Ableitung von Wärme geeignet sind und die von dem Kühlmittel durchströmt oder angeströmt werden. In der Re¬ gel sind die Kühlkörper bei Halbleiterschaltelementen in Form von Kühldosen ausgestaltet, die von dem Kühlmedium durchflössen werden. Die Kühldosen bzw. die Kühlkörper im Allgemeinen stehen im Weiteren in thermischer Verbindung mit den Halbleiterschaltelementen bzw. den elektronischen Bauelementen. D. h., dass das Bauelement bzw. das Schaltelement möglichst nahe mit dem Kühlkörper verbunden ist, und dass beispielsweise ei- ne thermisch leitfähige Paste zur Verbindung dieser beiden Elemente herangezogen wird. Es kann auch so sein, dass ein Halbleiterschaltelement zwischen zwei Kühlkörpern bzw. Kühldosen oder ein Kühlkörper zwischen zwei Halbleiterschaltelementen ähnlich einer Sandwichbauweise eingelagert ist. So können auch mehrere Kühldosen und Halbleiterschaltelemente alternierend aneinandergefügt sein, sodass ein Feld an
Schaltelementen und Kühlkörpern entsteht. Unter dem Begriff Belastungszustände wird dabei verstanden, inwieweit das Halb¬ leiterschaltelement zu einer bestimmten Zeit, die auch in der Zukunft liegen kann, im Einsatz ist. Durch die Ermittlung des Belastungszustandes können Rückschlüsse auf die aufgenommene Wärme des Halbleiterschaltelementes und die dadurch resultie¬ rende Temperatur des Bauteils gezogen werden und entsprechend Kühlmittelflüsse angepasst werden.
Der Vorteil der beschriebenen Kühlvorrichtung besteht darin, dass auf Belastungszustände der Halbleiterschaltelemente va¬ riabel reagiert werden kann und dass die Kühlvorrichtung so ausgestaltet ist, dass die Teilströme, die zu den einzelnen Kühldosen und somit zu den einzelnen Halbleiterschaltelementen führen, so angepasst werden, dass sie bedarfsgerecht die anfallende Wärme aus den Bauelementen abführen können. Durch diese variable Regelung der Kühlung der einzelnen Kühldosen kann sowohl die Pumpleistung reduziert werden als auch die Wärmetauschkapazitäten eingeschränkt werden, da für diese
Ausführung keine starre Verteilung der Kühlmittelflüsse vor¬ gesehen ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung wird hierzu ein Mehrwegeventil in der Kühlmittelverteilervorrichtung eingesetzt. Dieses Mehrwegeventil kann elektronisch, elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch durch die Kühlmittelflussregelung gesteuert werden. Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3. Dieses Verfahren löst dieselbe Aufgabe wie die Kühlvorrichtung an sich und weist im Wesentlichen dieselben Vorteile auf, die bereits bezüglich der Kühlvorrichtung genannt sind.
Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Vorteile und Merkmale werden anhand der folgenden Figur näher erläutert. Dabei handelt es sich um eine exemplarische Ausge¬ staltungsform, die keine Einschränkung des Schutzbereiches darstellt .
Dabei zeigt die einzige Figur:
Figur eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung zur Kühlung von Halbleiterschaltelementen mit Kühldosen .
In der Figur ist eine Kühlvorrichtung 2 zur Kühlung einer Halbleiterschaltung 4 mit einzelnen Halbleiterschaltelementen 6 sowie Kühlkörpern, die in Form von Kühldosen 8 ausgestaltet sind, abgebildet. Ausgehend von einer Kühlmittelverteilervorrichtung 10, die ein Mehrwegeventil 11 umfasst, wird ein Kühlmittel 12, das durch eine Kühlmittelleitung 22 fließt, exemplarisch in drei Teilströme 18 aufgeteilt. Diese Teil¬ ströme 18, 18 λ und 18 λ λ und das Kühlmittel 12 können grund¬ sätzlich zu einzelnen Kühldosen 8, die thermisch mit Halbleiterschaltelementen 6 in Verbindung stehen, geleitet werden oder sie können an Felder 26 von Schaltelementen 6 und Kühlkörpern 8 geleitet werden. Vor einem solchen Feld 26 kann, was hier nicht explizit dargestellt ist, eine weitere Kühl¬ mittelverteilervorrichtung in untergeordneter Form vorgesehen sein. In dem hier dargestellten Fall werden die Kühlleitungen 18 statisch, parallel geschaltet auf Kühldosen 8 der einzel¬ nen Felder 26 aufgeteilt. Die Kühldosen 8 können dabei auch bezüglich des Kühlmittelteilstroms 18 in Reihe geschaltet sein, was hier nicht abgebildet ist. Diese Reihenschaltung kann sich vorteilhaft nach den erlaubten oder geplanten Einschaltbedingungen der Halbleiterelemente richten. So können beispielhaft zwei Felder 26, die nicht gemeinsam gleichzeitig leitend sein dürfen statisch in Reihe geschaltet werden. In der vorliegenden Figur sind drei Felder 26, die sowohl Kühldosen 8 als auch Halbleiterschaltelemente 6, die beispiels¬ weise in Form von Thyristoren ausgestaltet sein können, zu der hier dargestellten Halbleiterschaltung 4 zusammengefasst . Dabei handelt es sich um eine rein beispielhafte, exemplari¬ sche beliebige Zusammenfassung, durch die lediglich die Aufteilung des Kühlmittelstroms 22 in Teilströme 18, 18 λ und 18 λ λ durch die Kühlmittelverteilervorrichtung 10 veranschaulicht werden soll. Nach dem Durchfließen der Kühldosen 8 wer- den die Teilströme 18 wieder zur Kühlmittelleitung 22 zusammengeführt und durch einen Wärmetauscher 20 geführt. In dem Wärmetauscher 20 wird die Wärme, die in den Halbleiterschalt¬ elementen 6 angefallen ist und durch das Kühlmittel 12 aufge¬ nommen wurde, auf ein weiteres, hier nicht näher dargestell- tes Wärmetauschmedium übertragen. Im Weiteren fließt das
Kühlmittel 12 über die Kühlleitung 22 erneut in die Kühlmit¬ telverteilervorrichtung 10, der Kreislauf beginnt von Neuem. In einer weiteren Ausführung wird das Kühlmittel 12 nicht wieder über einen Wärmetauscher 20 und die Kühlmittelvertei- lervorrichtung 10 in den Kreislauf eingespeist, sondern durch frisches, kühles Kühlmittel ersetzt.
Des Weiteren ist eine Datenverbindung 16 vorgesehen, die von der Halbleiterschaltung 4 im Allgemeinen, hier speziell von verschiedenen Feldern 26 der Halbleiterschaltung 4 oder einer hier nicht dargestellten übergeordneten Regeleinrichtung der Halbleiterschaltung 4 zu einer Kühlmittelflussregelung 14 verläuft. Die Darstellung in der vorliegenden Figur ist hierbei lediglich exemplarisch zu sehen, es soll damit beschrie- ben werden, dass von der Halbleiterschaltung an sich Informationen über Betriebszustände bzw. Belastungszustände der Halbleiterschaltelemente an die Kühlmittelflussregelung 14 übertragen werden. Ist es nun so, dass die Halbleiterschalt- elemente 6 in dem Feld 26 oder auch nur einzelne Halbleiterschaltelemente 6 aus diesem Feld 26 eine höhere Schaltleis¬ tung für die derzeitige Aufgabenbewältigung der Halbleiterschaltung vollziehen müssen, kann diese Information von der Kühlmittelflussregelung 14 in derart umgesetzt werden, dass der Teilstrom 18 gegenüber dem Teilstrom 18 λ und 18 λ λ erhöht wird. Hierzu ergeht ein Regelsignal von der Kühlmittelfluss¬ regelung 14 an die Kühlmittelverteilervorrichtung 10, das wiederum direkte Auswirkung auf das Mehrwegeventil 11 hat und der Durchgang, der zum Teilstrom 18 führt, gegenüber dem zum Teilstrom 18 λ geöffnet wird bzw. weiter geöffnet wird und ein höherer Durchfluss an Kühlmittel 12 in den Teilstrom 18 erfolgt . Wie bereits angesprochen, kann eine hier nicht dargestellte untergeordnete Kühlmittelverteilervorrichtung vor der Verteilung zum Feld 26 angeordnet sein, wodurch wiederum einzelne Halbleiterelemente 6 bzw. die Kühldosen 8, die zu den einzel¬ nen Halbleiterelementen 6 gehören, entsprechend stärker oder schwächer mit dem Kühlmittel 12 durchflössen werden. Auch hier kann selektiv auf tatsächlich jedes einzelne Halbleiterschaltelement 6 eingegangen werden. Es kann auch zweckmäßig sein, dass Informationen von der Halbleiterschaltung 4 zur Kühlmittelflussregelung 14 gelangen, die Belastung bzw. die zu erwartende Belastung der einzelnen Halbleiterschaltelemente 6 bzw. von ganzen Feldern 26 im momentanen Zustand und in näherer, zu definierender bzw. festgesetzter Zukunft beinhalten. Sollte es so sein, dass beispielsweise in 40 s ein ganz bestimmtes Halbleiterschaltelement 6 oder ein ganzes Feld von Halbleiterschaltelementen 6 verstärkt in Einsatz kommen wird, kann die Kühlmittelflussregelung 14 die Kühlmittelverteilervorrichtung 10 derart steuern, dass gezielt dieses Halb¬ leiterschaltelement bzw. dieses Feld 26 oder 26 λ bzw. 26 λ λ mit den Kühlmittel 12 durchflössen wird und damit vorgekühlt wird.
Grundsätzlich ist anzumerken, dass durch die vorgeschlagene Kühlvorrichtung die Kühlkörper bzw. die Kühldosen 8 so ver- schaltet werden bzw. durch die Kühlmittelverteilervorrichtung 10 angesteuert werden, dass sie nur dann durchflössen werden, wenn wirklich ein Kühlbedarf vorliegt, wenn also das dazugehörige Halbleiterschaltelement, beispielsweise ein Thyristor auch tatsächlich belastet wird. Grundsätzlich ist es auch möglich, durch Temperaturmesselemente an den Halbleiterschaltelementen 6 Temperaturwerte zu ermitteln, die als Information über die Datenleitung 16 an die Kühlmittelflussregelung 14 weitergegeben werden. Äquivalent zur tatsächlichen Temperaturmessung ist es wohl aber ebenfalls zweckmäßig und gegebenenfalls vorteilhaft die Ermittlung der abgegebenen Wärme über die Belastungszustände, wie beschrieben, zu ermit¬ teln . Die beschriebene Kühlmittelvorrichtung bzw. das beschriebene Verfahren zur Kühlung einer Halbleiterschaltung weist dabei die Vorteile auf, dass insgesamt ein niedrigerer Energiebe¬ darf für Kühlwasserpumpen besteht. Ferner führt die beschriebene Vorrichtung zu geringeren thermischen Beanspruchung der Halbleiterschaltelemente 6, wenn mit Belastungsende, also mit Ende des Betriebes die Kühlung abgestellt wird. Damit wird das Halbleiterschaltelement nicht schockartig auf die Kühl¬ wassertemperatur herabgekühlt. Ferner ist es vorteilhaft, wenn durch häufiges regelmäßiges Umschalten der verschiedenen Teilströme das Entstehen von Todwasser, indem sich Stoffe aufkonzentrieren können, die die Leitfähigkeit des Kühlmedi¬ ums erhöhen, verhindert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung zur Kühlung einer elektronischen Schaltung (4), die mehrere Schaltelemente (6) aufweist, wobei die Kühl- Vorrichtung (2) mehreren Kühlkörper (8), die mit den Schaltelementen (6) in thermischer Verbindung stehen und eine Kühlmittelverteilervorrichtung (10) zur Verteilung von Kühlmittel (12) an die Kühlkörper (8) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlmittelflussregelung (14) zur variablen Regelung von Kühlmittel-Teilströmen (18) vorgesehen ist und eine Datenverbindung (16) zwischen der Kühlmittelflussregelung (14) und der elektronischen Schaltung (4) zur Informationsübertragung von Belastungszuständen der Schaltelemente (6) besteht.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelverteilervorrichtung (10) ein Mehrwegeventil umfasst.
3. Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung für eine elektronische Schaltung, wobei die elektronische Schaltung (4) mehrere Halbleiterschaltelemente (64) aufweist, die mit mehreren Kühlkörpern (8) der Kühlvorrichtung (2) thermisch in Verbindung stehen, und wobei eine Kühlmittelverteilervorrichtung (10) vorgesehen ist, durch die eine Verteilung eines Kühlmittels (12) in verschiedene Teilströme (18) zu den Kühl¬ körpern (8) erfolgt dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmit¬ telverteilervorrichtung (10) durch eine Kühlmittelflussrege¬ lung (14) gesteuert wird, wobei eine Datenverbindung (16) zwischen der Kühlmittelflussregelung (14) und der elektroni- sehen Schaltung (4) vorgesehen ist, durch die Informationen zu Belastungszuständen der Schaltelemente (6) übertragen wird und anhand der Belastungszustände der Schaltelemente (6) die Durchflussrate des Kühlmittels (12) zu den einzelnen Kühlkör¬ pern (8) geregelt wird.
EP18720153.8A 2017-04-28 2018-04-16 Kühlvorrichtung Withdrawn EP3602620A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017207178.8A DE102017207178A1 (de) 2017-04-28 2017-04-28 Kühlvorrichtung
PCT/EP2018/059615 WO2018197241A1 (de) 2017-04-28 2018-04-16 Kühlvorrichtung

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EP3602620A1 true EP3602620A1 (de) 2020-02-05

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ID=62063002

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Application Number Title Priority Date Filing Date
EP18720153.8A Withdrawn EP3602620A1 (de) 2017-04-28 2018-04-16 Kühlvorrichtung

Country Status (4)

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EP (1) EP3602620A1 (de)
CN (1) CN110692133A (de)
DE (1) DE102017207178A1 (de)
WO (1) WO2018197241A1 (de)

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