Simulation Halbleiterschütz (LTspice) - Zth Messtechnik - transiente thermische Impedanz von Leistungshalbleitern - thermisch-elektrische Simulation

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Simulation Halbleiterschütz (LTspice)

Beispiele
Halbleiterrelais (SSR) und Halbleiterschütze (SSC) werden überwiegend in Wechselspannungsnetzen eingesetzt, wo lautloses Schalten, hohe Schaltfrequenzen
und praktisch unbegrenzte Lebensdauer gefordert sind. Die robusten Leistungshalbleiter können zum Schalten von ohmschen, induktiven und kapazitiven Lasten
eingesetzt werden (nullpunktschaltend oder momentanschaltend). Der Lastausgang besteht in der Regel aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren. Die dabei
entstehende Verlustleistung der Thyristoren muss über einen richtig dimensionierten Kühlkörper abgeführt werden.

Das nachfolgende Beispiel zeigt eine thermische Simulation mit LTspice* für ein Halbleiterschütz auf Basis von Durchlass- und Zth-Messung.


Daten Halbleiterschütz:
Sperrspannung=800V
Laststrom=20A / 13,2A
Luftkühlkörper=80mm x 76mm x 22mm
Nullpunktschaltend
Befestigung für Hutschiene



Das Bild zeigt das Layout mit der räumliche Lage der beiden Thyristoren auf einem DCB im Halbleiterschütz.


Durchlassmessung:
Thyristor-Kennlinie bei Tj=25°C und 125°C, gemessen an den Lastanschlüssen.


Zth-Messung:
Das Bild zeigt die Abkühlkurven der beiden Thyristoren nach dem Abschalten des Laststromes von Thyristor 1. Die Abkühlkurven wurden aus den extrahierten
R/C-Gliedern der Messkurven erstellt.
Kühlung: freie Konvektion, Aufheiz-/Abkühlzeit: jeweils 7000s.


LTspice-Modell:

Da das Modul drehsymmetrisch aufgebaut ist, wird für beide Thyristoren das gleiche thermische Netzwerk verwendet.


Simulationsergebnis:

Die Grafik zeigt die simulierten Sperrschichttemperaturen tj_thyr1/2 (°C), die Verlustleistungen pv_thyr1/2 (W), die Durchlassspannungen ud_thyr1/2 (V) und die
Lastströme V1/2 (A) der beiden Thyristoren im Zeitbereich zwischen 6999,95s und 7000s.

Starttemperatur (Tamb)=25°C, mittlere Sperrschichttemperatur (Tj)=77,32°C.


*LTspice ist eine kostenlose Software des ehemaligen Halbleiterherstellers Linear Technology (seit 2017: Analog Devices) zur Schaltungssimulation. Entwickelt
und gepflegt wird es von Mike Engelhardt.
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