CN106711110B - 一种用于大功率串联igbt的风冷水冷混合散热模组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组，包括散热器本体、导热材料、风机；所述的散热器本体包括风冷通道和水冷通道；IGBT模块通过导热材料安装于散热器的正面；散热器的侧面有密封水冷进水口、密封水冷出水口；与出入水口垂直的侧面安装风机；散热器的侧面与风机的出风口尺寸匹配，将风机出风口与散热片形成密封连接，形成强制风冷换热。本发明提供的风冷水冷混合散热模组，可以选择散热的方式，灵活控制散热量，并且在很大程度上减小了散热设备的体积。可满足大功率IGBT并联应用场合的散热需求。

Description

一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组
技术领域
本发明属于电力电子设备散热技术领域，涉及一种风冷水冷混合散热模组，特别是指一种串联IGBT具有相同散热条件的混合散热模组。
背景技术
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。非常适合应交流电机、变频器、开关电源、牵引传动等领域。
IGBT在使用中自身会产生大量的热量，需要通过散热器辅助散热。大功率应用场合，单只IGBT工作的热损耗通常大于1千瓦，发热集中，传统的散热器为风冷或水冷散热器，结构单一，体积较大，散热效果易受条件的限制，且在大功率IGBT串联应用中不再适用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组，可以选择散热的方式，灵活控制散热量。并且在很大程度上减小了散热设备的体积。可满足大功率IGBT并联应用场合的散热需求。
本发明采用的技术方案为一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组，该混合散热模组包括散热器本体101、导热材料103、风机104；散热器本体101包括风冷通道202和水冷通道203，风冷通道202顺次连接并串联在一起，水冷通道203设置在风冷通道202的上下两侧；IGBT模块102通过导热材料103安装于散热器本体101的正面；散热器本体101的侧面设有有密封水冷进水口105和密封水冷出水口106；与密封水冷进水口105垂直的散热器本体101侧面处安装有风机104；散热器本体101的侧面与风机的出风口尺寸相匹配，散热器本体101的侧面将风机的出风口与散热片形成密封连接，形成强制风冷换热。
导热材料采用导热硅胶片，其与导热硅脂相比，具有优良的导热性能(导热系数是1.9-3.0w/m·k比导热硅脂的比导热硅脂的导热系数大2-3倍)、绝缘性、压缩性、一定的柔韧性、表面天然的粘性，能够填充缝隙，完成发热部位与散热部位间的热传递，同时还起到绝缘、减震等作用，应用在IGBT与散热片之间,起到导热填充作用。
散热器本体采用压铸铜式铝制散热片，这种散热片上的铜块并不像嵌铜散热片那样是利用热胀冷缩的原理嵌进去的，而是使用了最先进的压铸技术，是完全的无缝连接，所以在铜块与铝座的连接线上，感觉不到任何缝隙，从根本上保证了铜块与铝座之间的热传导性，具有超强的散热性能。这种散热器采用经济实惠的方式解决了铜和铝的矛盾关系利用铜的快速吸热性来吸取IGBT模块的热量，再利用铝的快速放热性来释放铜块上的热量，这样做散热效果要好于单一的纯铜或纯铝散热片。
散热器本体为金属长方体结构，所述的散热器本体包括风冷通道和水冷通道。
风冷散热通道是口字型结构，交替的散布于水冷散热通道上。每个散热通道的间距相同，保证制作工艺的一致性，且其采用无缝焊接技术将通道的各个侧面进行密封，在混合散热模组的外边，看不出水道。
水冷通道是互相连通的S型排布，其尺寸是根据散热片组间流体的流动特性及传热特性，总结各种因素对传热的影响而设计。
在自然对流条件下，散热片组的结构参数是散热片散热的影响因素，结构参数包括散热片的间距、高度、厚度。
描述流体与固体间对流传热的基本方程式为：Q＝hAΔT，其中Q为散热量；h为传热系数；A为传热面积；ΔT为传热温差。根据以上公式，在散热片的设计中，对散热片的结构尺寸参数的选取进行进行计算。
风冷通道(202)的风向和水冷通道(203)的水流方向互相垂直。
水冷通道的入水口考虑利于入水的原则，设计在散热快模组侧面的最高端，这样水流可以迅速的进入管道，推动水流充满整个水冷散热管道，充分散热，且进水口、出水口分别添加了螺母起到固定作用。
散热器的另一方向的侧面与风机的出风口尺寸匹配，将风机出风口与散热片形成密封连接，形成强制风冷换热。
本发明提供的混合散热模组，可以根据具体的IGBT模块的需要，来调整散热方式，当散热要求不高时，可采取单一的风冷或水冷；当散热要求较高时，可采取风冷和水冷散热同时打开，保证足够的散热条件。
附图说明
图1是本发明的立体图；
图2是本发明的剖视图；
图3是本发明的风冷通道示意图；
图4是本发明的水冷通道示意图；
图5是本发明的风冷水冷混合散热示意图；
图6是本发明的水冷示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1、图2所示，本发明本发明提供了一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组，该混合散热模组包括散热器本体101、导热材料103、风机104；散热器本体101包括风冷通道202和水冷通道203，风冷通道202顺次连接并串联在一起，水冷通道203设置在风冷通道202的上下两侧；IGBT模块102通过导热材料103安装于散热器本体101的正面；散热器本体101的侧面设有有密封水冷进水口105和密封水冷出水口106；与密封水冷进水口105垂直的散热器本体101侧面处安装有风机104；散热器本体101的侧面与风机的出风口尺寸相匹配，散热器本体101的侧面将风机的出风口与散热片形成密封连接，形成强制风冷换热。
实施例1
实施例1，如图5所示是本发明的风冷水冷混合散热示意图；其结构包括第一散热器本体501、第一导热材料502、第一风机504；所述的第一散热器本体501包括风冷通道和水冷通道；IGBT模块通过第一导热材料502安装于散热器的正面；当进行散热工作时，散热器的侧面的风道与风机的出风口尺寸匹配，将第一风机出风口与散热片形成密封连接，形成强制风冷换热。散热器的侧面的水冷通道与风冷通道平行布置，间距恒定。但工作时风道的风向和水冷通道的水流方向互相垂直，形成互补的散热模式。
保证各IGBT模块均匀的散热，最大度上减小相互串联的各IGBT模块之间的温度差。
实施例2
实施例2，如图6所示是水冷散热的示意图，图中的水冷通道常开，风冷通道上的风扇去除，风冷通道不起作用。IGBT模块通过导热材料安装于散热器的正面；水冷通道是互相连通的弓字型排布。散热器的侧面通入固定流速的水流，形成强制水冷换热。且采取迂回流动方式，可以减缓水流速度，使各个部位的热量充分的被水流带走。

Claims (6)

1.一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组，其特征在于：该混合散热模组包括散热器本体(101)、导热材料(103)、风机(104)；散热器本体(101)包括风冷通道(202)和水冷通道(203)，风冷通道(202)串联在一起，风冷通道(202)设置在水冷通道(203)内部；IGBT模块(102)通过导热材料(103)安装于散热器本体(101)的正面；散热器本体(101)的侧面设有有密封水冷进水口(105)和密封水冷出水口(106)；与密封水冷进水口(105)垂直的散热器本体(101)侧面处安装有风机(104)；散热器本体(101)的侧面与风机的出风口尺寸相匹配，散热器本体(101)的侧面将风机的出风口与散热片形成密封连接，形成强制风冷换热；
风冷通道是口字型结构，交替的散布于水冷散热通道上；每个风冷通道的间距相同，保证制作工艺的一致性，且其采用无缝焊接技术将通道的各个侧面进行密封，在混合散热模组的外边；
水冷通道是互相连通的S型排布，其尺寸是根据散热片组间流体的流动特性及传热特性；风冷通道(202)的风向和水冷通道(203)的水流方向互相垂直；
水冷通道的入水口考虑利于入水的原则，设计在散热快模组侧面的最高端，这样水流可以迅速的进入管道，推动水流充满整个水冷散热管道，充分散热，且进水口、出水口分别添加了螺母起到固定作用；
散热器的另一方向的侧面与风机的出风口尺寸匹配，将风机出风口与散热片形成密封连接，形成强制风冷换热。
2.根据权利要求1所述的一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组，其特征在于：导热材料采用导热硅胶片，应用在IGBT与散热片之间，起到导热填充作用。
3.根据权利要求1所述的一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组，其特征在于：散热器本体采用压铸铜式铝制散热片。
4.根据权利要求1所述的一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组，其特征在于：散热器本体为金属长方体结构。
5.根据权利要求1所述的一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组，其特征在于：在自然对流条件下，散热片组的结构参数是散热片散热的影响因素，结构参数包括散热片的间距、高度、厚度。
6.根据权利要求1所述的一种用于大功率串联IGBT的风冷水冷混合散热模组，其特征在于：描述流体与固体间对流传热的基本方程式为：Q＝hAΔT，其中Q为散热量；h为传热系数；A为传热面积；ΔT为传热温差；根据以上公式，在散热片的设计中，对散热片的结构尺寸参数的选取进行进行计算。
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