CN101562158A - 一种大功率半导体器件散热系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大功率半导体器件散热系统，其包括晶闸管压接散热器、冷却介质回流母管、冷却介质导入母管、冷却介质导流子管和外端热交换器。所述晶闸管压接散热器通过所述冷却介质导流子管并联到所述冷却介质回流母管和冷却介质导入母管上，所述冷却介质回流母管和冷却介质导入母管两端延伸与外端热交换器连接，从而形成冷却介质相变自循环回路。
Description
技术领域
本发明涉及一种大功率半导体器件散热系统，主要运用于晶闸管应用领域。
背景技术
对于晶闸管而言，额定工作结温TJ为重要的基本参数之一。晶闸管的温度必须保持在某一临界值以下，以避免正向漏电流或反向漏电流变大到引起器件损坏的程度。在开通、关断期间和通态时，会有一个能使器件温度显著增高的功耗值，热量通常是从与晶闸管相连接的冷却表面或散热器上传出去。如果晶闸管的冷却条件差，会导致晶闸管结温上升，使所需要的门极触发电压VGT和门极触发电流IGT降低，晶闸管在外来干扰下容易造成误触发。目前行业常采用的冷却方式主要有空气冷却和液体冷却两种。空气冷却仅限用于小功率晶闸管，容量稍大晶闸管工作稳定性就难以保障；液体冷却有以下几方面不足：1、要采用昂贵的预防措施防止液体纯度降低；2、系统中需要动力循环设备，降低了系统的可靠性；3、工作环境要求严格，占用空间大，维护工作较多。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提出一种散热效率高、可靠性强、成本低的大功率晶闸管用散热系统。为此，本发明提出了一种大功率半导体器件散热系统，其包括晶闸管压接散热器1、冷却介质回流母管2、冷却介质导入母管3、冷却介质导流子管4和外端热交换器5，所述晶闸管压接散热器1通过其上部和下部的所述冷却介质导流子管4并联到所述冷却介质回流母管2和冷却介质导入母管3上，所述冷却介质回流母管2和冷却介质导入母管3两端延伸并与外端热交换器5连接，从而形成冷却介质相变自循环回路。
其中，所述晶闸管压接散热器1包括散热器基体11，散热器基体的上、下端设有与冷却介质导流子管4相连接的气态介质出口12和液态介质入口13，散热器基体的内部均匀布置有冷却介质循环槽道14和蒸发室15，各槽道14的上端与气态介质出口12连通、其下端与液态介质入口13连通，所述散热器基体11的两侧设有与晶闸管相互叠压的台面17和用于固定晶闸管的固定机构16。
其中，所述晶闸管压接散热器1采用铜及氧化金属材料制成，两侧设有弹簧悬挂孔和接线孔。
其中，所述冷却介质回流母管2、冷却介质导入母管3和冷却介质导流子管4采用耐腐蚀高绝缘强度塑料制成，并采用多重防漏措施。
其中，所述外端热交换器5采用铝质波浪型肋板制成，所述冷却介质选自热容量大的环保型绝缘介质。
其中，在具有N个晶闸管的系统中，采用具有N+1个晶闸管压接散热器1的冷却循环回路以并联的方式连接，其中N为自然数，冷却介质回流母管2位于散热器串的上方并与散热器串平行，以促进冷却介质受热相变后回流入外端热交换器5，冷却介质导入母管3位于散热器串的下方并与散热器串平行，冷却介质回流母管2和冷却介质导入母管3的端部都与外端热交换器5相连。
本发明的有益效果是：本发明的大功率晶闸管用散热系统具有散热效率高、可靠性强、成本低的优点，并且还具有热惯性大，易于吸收短时间内的过载作用，电气性能高，不需维护等特点。
附图说明
图1为本发明的大功率半导体器件散热系统的主视图；
图2为图1的大功率半导体器件散热系统的左视图；
图3为本发明散热系统中晶闸管压接散热器的外部结构示意图；
图4为本发明散热系统中晶闸管压接散热器的内部结构示意图，即图3的A-A剖视图；
其中，1-晶闸管压接散热器，2-冷却介质回流母管，3-冷却介质导入母管，4-冷却介质导流子管，5-外端热交换器，6-晶闸管，11-散热器基体，12-气态介质出口，13-液态介质入口，14-冷却介质循环槽道，15-蒸发室，16-固定机构，17-台面，18-弹簧悬挂孔，19-接线孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明采用相变冷却方式，该系统主要包括晶闸管压接散热器、冷却介质导流管、外端热交换器和冷却介质。晶闸管采用“n+1”方式与所述晶闸管压接散热器压装，阀体上方安装冷却介质导出母管，下方安装冷却介质导入母管，每个散热器通过导流子管并联，导流母管两端与阀体两侧的热交换器相连。
所述晶闸管压接散热器采用铜及氧化金属材料，保证低热阻和足够的机械强度；内壁绝缘，外壁导电良好。根据散热量大小，内部设计相应的冷却介质循环槽和蒸发室。散热器液态冷却介质进口在下端，出口在上端。两侧设有弹簧悬挂孔和接线孔，散热器台面大小和形位公差均满足晶闸管安装要求，台面外圈设有固定晶闸管装置，便于晶闸管的安装和更换。所述冷却介质导流管路采用耐腐蚀高绝缘强度塑料，采用多重防漏措施，并经计算采用最优化的布局，促进冷却介质循环。所述外端热交换器采用铝质波浪型肋板，以提高热交换率增加换热面积。所述冷却介质采用为环保型绝缘介质，热容大。
如图1、2所示，本发明包括晶闸管压接散热器1、冷却介质回流母管2、冷却介质导入母管3、冷却介质导流子管4、外端热交换器5。N+1个晶闸管压接散热器1与N个晶闸管相互叠压在一起，使串联晶闸管均匀散热，以保证各晶闸管相同的工作温度。晶闸管压接散热器1通过冷却介质导流子管4分别与上方冷却介质回流母管2和下方冷却介质导入母管3相连，各散热器1的冷却循环回路采用并联方式，独立互不影响。冷却介质回流母管2位于阀串上方并与阀串平行，以促进冷却介质受热相变后回流入外端热交换器5。冷却介质导入母管3位于阀串下方并与阀串平行，两端与外端热交换器5相连。
晶闸管工作时产生的热量通过传导经过晶闸管两侧的散热器1与内部的冷却介质发生热交换，冷却介质因温度升高发生相变，从液态变为气态，气化后的冷却介质通过上方的导流子管4流入冷却介质回流母管2，然后经冷却介质回流母管2进入外端热交换器5，通过外端热交换器5的冷却使气态的冷却介质液化，在重力作用下，液态的冷却介质经冷却介质导入母管3、下方的导流子管4回流到散热器1，完成一次循环过程。
如图3和图4的本发明散热装置中散热器的外部、内部结构示意图所示，晶闸管压接散热器1包括散热器基体11，散热器基体的上、下端安装有与冷却介质导流子管4相连接的气态介质出口12和液态介质入口13，根据散热量大小，散热器基体的内部均布冷却介质循环槽道14和蒸发室15。各槽道14的上端与气态介质出口12相连通，各槽道的下端与液态介质入口13相连通，散热器基体11的两侧具有与晶闸管相互叠压的台面17，台面的大小和形位公差均满足晶闸管安装要求，该台面经精加工处理，为了便于晶闸管的安装和更换，台面外圈配有用于固定晶闸管的固定机构16，该固定机构16可选用挂钩等易于安装、方便操作的部件。散热器基体11的两端设有两个弹簧悬挂孔18，为了使各散热器的电位相等，避免操作人员触电，在散热器基体的上部装有一用于连接等电位线接线孔19。
所述冷却介质导流母管和子管均呈一定角度方位连接。它是一种散热效率高、空间占用率小、不需维护的冷却系统，可广泛应用于性能要求高的晶闸管阀体。该系统涉及的晶闸管压接散热器1体积小，与晶闸管匹配性好，易于安装维护，基体内部结构的散热能力优良。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
Claims (6)
1、一种大功率半导体器件散热系统，其特征在于：包括晶闸管压接散热器(1)、冷却介质回流母管(2)、冷却介质导入母管(3)、冷却介质导流子管(4)和外端热交换器(5)，所述晶闸管压接散热器(1)通过其上部和下部的所述冷却介质导流子管(4)并联到所述冷却介质回流母管(2)和冷却介质导入母管(3)上，所述冷却介质回流母管(2)和冷却介质导入母管(3)两端延伸并与外端热交换器(5)连接，从而形成冷却介质相变自循环回路。
2、如权利要求1所述的大功率半导体器件散热系统，其特征在于：所述晶闸管压接散热器(1)包括散热器基体(11)，散热器基体的上、下端设有与冷却介质导流子管(4)相连接的气态介质出口(12)和液态介质入口(13)，散热器基体的内部均匀布置有冷却介质循环槽道(14)和蒸发室(15)，各槽道(14)的上端与气态介质出口(12)连通、其下端与液态介质入口(13)连通，所述散热器基体(11)的两侧设有与晶闸管相互叠压的台面(17)和用于固定晶闸管的固定机构(16)。
3、如权利要求1-2所述的大功率半导体器件散热系统，其特征在于：所述晶闸管压接散热器(1)采用铜及氧化金属材料制成，两侧设有弹簧悬挂孔(18)和接线孔(19)。
4、如权利要求1-3所述的大功率半导体器件散热系统，其特征在于：所述冷却介质回流母管(2)、冷却介质导入母管(3)和冷却介质导流子管(4)采用耐腐蚀高绝缘强度塑料制成，并采用多重防漏措施。
5、如权利要求1-4所述的大功率半导体器件散热系统，其特征在于：所述外端热交换器(5)采用铝质波浪型肋板制成，所述冷却介质选自热容量大的环保型绝缘介质。
6、如权利要求1-5所述的大功率半导体器件散热系统，其特征在于：在具有N个晶闸管的系统中，采用具有N+1个晶闸管压接散热器(1)的冷却循环回路以并联的方式连接，其中N为自然数，冷却介质回流母管(2)位于散热器串的上方并与散热器串平行，以促进冷却介质受热相变后回流入外端热交换器(5)，冷却介质导入母管(3)位于散热器串的下方并与散热器串平行，冷却介质回流母管(2)和冷却介质导入母管(3)的端部都与外端热交换器(5)相连。
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