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  Thermisches Management in der Leistungselektronik (LEE-TM-V)

Lecturers
Prof. Dr.-Ing. Martin März, M.Sc. Stefanie Büttner

Details
Vorlesung
Online/Präsenz
2 cred.h, benoteter certificate, ECTS studies, ECTS credits: 5
für FAU Scientia Gaststudierende zugelassen, Sprache Deutsch
Time and place: Mon 8:30 - 10:00, Hans-Georg-Waeber-Saal; n.V.; comments on time and place: Vorlesung und Übung im Waeber-Saal am Fraunhofer-IISB, Schottkystr. 10.; am 25.04. erster Vorlesungstermin um 10:15 Uhr

Fields of study
WPF ME-BA-MG3 4-6 (ECTS-Credits: 5)
WPF ME-MA-MG3 1-3 (ECTS-Credits: 5)
WPF EEI-BA-EuA ab 5 (ECTS-Credits: 5)
WPF EEI-BA-LE ab 5 (ECTS-Credits: 5)
WPF EEI-MA-EuA 1-4 (ECTS-Credits: 5)
WPF EEI-MA-LE 1-4 (ECTS-Credits: 5)
WPF ET-MA-EET ab 1 (ECTS-Credits: 5)
WPF WING-MA-ET-EN ab 1 (ECTS-Credits: 5)

Prerequisites / Organisational information
Lernziele und Kompetenzen:
Für die Leistungselektronik ist das Thema Entwärmung von essentieller Bedeutung, vor allem mit Blick auf Zuverlässigkeit, Lebensdauer oder erzielbare Leistungsdichte. Den Studierenden werden die Grundlagen der Entwärmung leistungselektronischer Systeme vermittelt. Ausgehend von den Gesetzen des Wärmetransports und den Materialeigenschaften werden Entwärmungstechniken auf Bauteil-, Schaltungsträger- und Systemebene behandelt. Die wichtigsten Optimierungsansätze zur Verbesserung der thermischen Verhältnisse werden dargestellt, begleitet durch ausgewählte Anwendungs- und Auslegungsbeispiele.
Die Studierenden können die für thermische Berechnungen relevanten Angaben aus Datenblättern interpretieren, lernen thermische Ersatzschaltbilder und Verfahren zu deren Parameterisierung kennen, dazu Verfahren zur Simulation transienter thermischer Vorgänge.

Titel: Thermisches Management in der Leistungselektronik

Dozent: Prof. Dr.-Ing. Martin März

Umfang: 2+2 SWS (V/Ü) – 5 ECTS

Turnus: Sommersemester

Zielgruppe: Studierende der Studiengänge EEI, Energietechnik, Mechatronik, u.a.

Voraussetzungen für die Teilnahme: keine

Prüfung: 90-minütige Klausur

Unterrichtssprache: Deutsch

Einpassung in den Studienplan:

  • ab Studiensemester 5 des Bachelorstudiums

  • ab Studiensemester 1 des Masterstudiums

Contents
Grundlagen des thermischen Managements:
  • Wärmetransportmechanismen (Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung)

  • Wärmekapazitäten

  • Wärmespreizung

  • Anisotrop wärmeleitende Strukturen.

Komponenten des thermischen Managements:

  • Schaltungsträger und deren thermische Eigenschaften (Leiterplatten, DCB-Substrate, IMS, etc.)

  • Leistungshalbleitergehäuse und deren thermische Eigenschaften

  • Kühlkörper (Luft, Fluid)

  • Thermische Interface-Materialien

  • Heat-Pipes.

Anwendungs- und Auslegungsbeispiele:

  • Thermische Parameter in den Datenblättern von elektronischen Bauelementen

  • Kunststoffe als Kühlkörper

  • Entwärmung passiver Bauelemente

  • Strombelastbarkeit von Leitern

  • Grenzlastintegral (I2t)

  • Entwärmungspfadoptimierung.

Bauelemente unter Temperaturbelastung:

  • Ausfallmechanismen bei aktiven und passiven Bauelementen

  • Aktive und passive Temperaturwechsel

  • Lebensdauerbetrachtungen.

Thermische Meßtechnik:

  • Thermische Meßverfahren

  • Zth-Messung

Elektrisch-thermische Modellierung:

  • Grundlagen zur Beschreibung des thermischen Verhaltens eines Systems mittels elektrischer Ersatzschaltbilder

  • Eigenschaften verschiedener Ersatzschaltbilder

  • Parameterisierung der Elemente thermischer Ersatzschaltbilder

  • Kopplung von elektrischer und thermischer Simulation

  • Modellierung dynamischer thermischer Vorgänge mit SPICE.

Recommended literature
Begleitendes Vorlesungsskript

ECTS information:
Title:
Thermal Management in Power Electronics

Credits: 5

Additional information
Keywords: Thermisches Management, Thermal Management, Entwärmung, Leistungselektronik, Energieelektronik, Energietechnik, Power Electronics
Expected participants: 40
www: https://www.lee.tf.fau.de/lehre/lehrveranstaltungen/

Assigned lectures
UE ([hybrid]):Übungen zu Thermisches Management in der Leistungselektronik
Lecturer: M.Sc. Stefanie Büttner
Time and place: Mon 10:15 - 11:45, Hans-Georg-Waeber-Saal; comments on time and place: Vorlesung und Übung im Waeber-Saal am Fraunhofer-IISB, Schottkystr. 10.
www: https://www.lee.tf.fau.de/

Verwendung in folgenden UnivIS-Modulen
Startsemester SS 2022:
Thermisches Management in der Leistungselektronik (LEE-TM)

Department: Lehrstuhl für Leistungselektronik
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