CN106488690B - 一种低电磁干扰的水冷散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低电磁干扰的水冷散热器，包括水箱及水箱内的冷却液，所述水箱包括上盖和下盖，上盖和下盖均为导体，上盖和下盖之间通过绝缘安装槽绝缘连接，上盖接直流0V地，下盖接机壳地；所述上盖的外壁覆有导热硅脂，导热硅脂中间设有金属屏蔽层，所述金属屏蔽层接直流0V地；所述冷却液为绝缘液体。本发明结构简单，可以降低通过水冷散热器寄生电容传播的电磁干扰，保证水冷散热器的散热性能不受影响。
Description
技术领域
本发明涉及电磁干扰技术领域，具体地涉及一种低电磁干扰的水冷散热器。
背景技术
现在电力电子元器件都朝着大功率、高频率的方向发展，工作过程中各元器件所产生的功率损耗最终会导致系统温度上升，这些元器件工作在高频状态下如大功率器件IGBT芯片会产生很多热量，影响元器件的正常使用，严重时甚至因为过热而损坏器件，需要及时散发出去。改善冷却系统，提高散热能力，降低充电机的温升是元器件朝着大功率、高频率的方向发展需要解决的主要问题。目前常见的散热方式有风冷、水冷、蒸发冷却等方式。水冷散热又称液冷散热，是将热量从器件内部带出的最好方式之一，它的散热效率高，热传导效率为传统风冷方式的20倍以上，且无风冷散热的高噪音，能较好地解决降温和降噪问题。目前国际上大功率电力电子和装置的冷却技术基本上采用该项技术，采用水冷散热是发展趋势之一。
安装水冷散热器时，需要在散热器与发热元器件之间涂一层导热硅脂，提供绝缘和导热的作用。发热元器件导热片、导热硅脂、散热器构成的系统视为平板电容器模型。在散热器与元器件之间会产生寄生电容效应，元器件在高频状态下工作时，产生很高的电压和电流变化率，对该寄生电容不断进行充放电，形成共模电流，产生电磁干扰。电力电子器件和散热器之间存在着类似平行板电容器的寄生电容，虽然此寄生电容非常微小，但对电力电子器件动作时产生的高频谐波来说，此寄生电容的阻抗相对较小，会产生较大的共模电流，因此两者之间的寄生电容在高频时不能忽略不计。散热器与电力电子元器件之间的寄生电容是电磁干扰传播的主要路径。这种由高速开关状态产生的电磁干扰会对设备的控制系统以及其他易受电磁干扰影响的设备产生不利影响。
如图1所示是现有的水冷散热器的结构示意图，用于对发热器件1’进行散热，水冷散热器的水箱3’与发热器件1’之间涂有导热硅脂2’，水箱3’接机壳地。如图2所示是图1对地寄生电容阻抗的频率特性，可见寄生电容阻抗较小。
如图3所示是采取一般屏蔽措施的水冷散热器的结构示意图，水冷散热器的水箱3”与发热器件1”之间涂有导热硅脂2”，导热硅脂2”中间设有金属屏蔽层4”，金属屏蔽层4”接直流0V地，水箱3”接机壳地。图5中的结构2是采取一般屏蔽措施(即图3结构)的对地寄生电容阻抗频率特性。
目前关于减小电磁干扰措施大多采用设计滤波器的方法或通过增加导热硅脂厚度的方法来提高寄生阻抗，抑制共模干扰，但是这些方法或原理复杂，增加了研发设计成本，或对散热效果产生不利影响。图8是不同厚度导热硅脂情况下的寄生阻抗频率特性。因此，针对现有技术的不足，设计一种原理简单，成本低，抗干扰效果好的结构甚为必要。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术存在的问题，增大水冷散热器对地阻抗，降低水冷散热器的电磁干扰，保证水冷散热器性能不受影响，本发明提供一种低电磁干扰的水冷散热器。
技术方案：一种低电磁干扰的水冷散热器，包括水箱及水箱内的冷却液，其特征在于，所述水箱包括上盖和下盖，上盖和下盖均为导体，上盖和下盖之间通过绝缘安装槽绝缘连接，上盖接直流0V地，下盖接机壳地；所述上盖的外壁覆有导热硅脂，导热硅脂中间设有金属屏蔽层，所述金属屏蔽层接直流0V地；所述冷却液为绝缘液体。
有益效果：本发明提供的一种低电磁干扰的水冷散热器，可以降低通过水冷散热器寄生电容传播的电磁干扰，保证水冷散热器的散热性能不受影响；本发明对地阻抗远大于现有散热器结构对地阻抗，增大了共模干扰传播路径的阻抗，有利于抑制共模电流；导热硅脂中间的金属屏蔽层和水箱的上盖相当于静电屏蔽层，起到静电屏蔽的作用，抑制干扰电流效果优于采取一般屏蔽措施的效果；提高寄生阻抗效果优于通过增加导热硅脂厚度提高的阻抗的效果，结构简单，且不会对水冷散热器的散热性能产生不利影响。
附图说明
图1是现有水冷散热器结构示意图；
图2是图1结构中寄生阻抗频率特性；
图3是采取一般屏蔽措施水冷散热器的结构示意图；
图4是本发明低电磁干扰的水冷散热器结构示意图；
图5是图3和图4结构中寄生阻抗频率特性；
图6是以直流充电机为例，三种不同结构共模电流的频谱；
图7是直流充电机为例的共模电流流通路径图；
图8是不同厚度导热硅脂情况下的寄生阻抗频率特性。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
如图4所示，本实施例低电磁干扰的水冷散热器包括水箱3及水箱内的冷却液5，所述水箱包括上盖31和下盖32，上盖31和下盖32均为导体，上盖31和下盖32之间通过绝缘安装槽33绝缘连接，上盖31接直流0V地，下盖32接机壳地；所述上盖31的外壁上覆有导热硅脂2，通过导热硅脂2与发热器件1贴合，对发热器件1进行散热；导热硅脂2中间设有金属屏蔽层4，所述金属屏蔽层4接直流0V地；所述冷却液5为绝缘液体。金属屏蔽层4的面积大于导热硅脂2的面积；该金属屏蔽层4由高导电率的材料铜制成；上盖31也由高导电率的材料铜制成；冷却液体采用具有绝缘性质的去离子水。金属屏蔽层4和上盖31也可以使用其他具有高导电率的材料，冷却液也可以采用其他绝缘性质的液体。
该低电磁干扰的水冷散热器利用金属材料的静电屏蔽作用，金属屏蔽层4以及水箱的上盖31相当于静电屏蔽层，起到静电屏蔽的作用。导热硅脂2之间的金属屏蔽层4的面积大于导热硅脂2的面积，防止了边缘之间的电场耦合。这两层静电屏蔽层大大减小了发热器件1与接机壳地的水箱下盖32之间的电场耦合，发热器件1对地的寄生效应大大减小，共模干扰传播路径的阻抗大大增强，达到降低电磁干扰的目的。
图5中结构3的部分是本实施例的对地阻抗频率特性，从图2、图5中看出本实施例对地阻抗远大于现有的散热器结构对地阻抗，增大了共模干扰传播路径的阻抗，有利于抑制共模电流；且本实施例对地阻抗大于采取一般屏蔽措施的对地阻抗，增大了共模干扰传播路径的阻抗，有利于抑制共模电流。
以直流充电机为例，共模电流流通路径如图7所示。对地寄生电容C10和C20是共模电磁干扰传播的主要通路。本发明的主要目的就是减小对地寄生电容C10和C20，增大共模干扰传播路径的阻抗。按照图1、图3结构和本实施例结构对地阻抗进行分析，得出三种情况下共模干扰电流的频谱如图6所示。图6中结构1、2、3的部分分别对应图1、图3、图4三种结构。从图中看出，采取一般屏蔽措施的结构2和本实施例的结构3的共模电流远小于现有散热器结构1的电流，且本发明抑制干扰电流效果优于采取一般屏蔽措施的效果。
对比图2、图5、图8看出，本发明提高寄生阻抗效果优于通过增加导热硅脂厚度提高的阻抗的效果，结构简单，且不会对水冷散热器的散热性能产生不利影响。
Claims (5)
1.一种低电磁干扰的水冷散热器，包括水箱及水箱内的冷却液，其特征在于，所述水箱包括上盖和下盖，上盖和下盖均为导体，上盖和下盖之间通过绝缘安装槽绝缘连接，上盖接直流0V地，下盖接机壳地；所述上盖的外壁覆有导热硅脂，导热硅脂中间设有金属屏蔽层，所述金属屏蔽层接直流0V地；所述冷却液为绝缘液体。
2.根据权利要求1所述的低电磁干扰的水冷散热器，其特征在于，所述上盖由铜制成。
3.根据权利要求1或2所述的低电磁干扰的水冷散热器，其特征在于，所述金属屏蔽层由铜制成。
4.根据权利要求1或2所述的低电磁干扰的水冷散热器，其特征在于，所述金属屏蔽层的面积大于导热硅脂的面积。
5.根据权利要求1或2所述的低电磁干扰的水冷散热器，其特征在于，所述冷却液为具有绝缘性质的去离子水。
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