CN107782570B - 模拟功率器件发热的装置及测试散热器的性能的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种模拟功率器件发热的装置及测试散热器的性能的系统，该模拟功率器件发热的装置包括基板；设置在基板上的外壳，外壳与基板形成容纳腔；从下至上填充在容纳腔内的第一绝缘层和第二绝缘层；浸入式设置在第一绝缘层内的并设置在基板上的第一铜板、设置在第一铜板上的衬板、设置在衬板上的第二铜板、设置在第二铜板上的发热件、设置在第二铜板上的弹簧引线、设置在弹簧引线上的印刷电路板，其中，印刷电路板位于发热件的上方，发热件和第二铜板通过超声引线连接；一端与第二铜板连接而另一端延伸出外壳的用于与外界电源连接的正极母排端子和负极母排端子，该装置能更好地模拟封装器件的发热以判断散热器的性能。

Description

模拟功率器件发热的装置及测试散热器的性能的系统
技术领域
本发明涉及电力电子技术，尤其是涉及一种模拟功率器件发热的装置及测试散热器的性能的系统。
背景技术
IGBT是变流器的基本单元。在变流器运行过程中，IGBT会产生大量的热量，需要相应的散热设备将这些热量导走。变流器散热一般是采取将IGBT安放在一个与其相互独立的散热器上，冷却介质流过散热器带走产生的热量的方法。
半导体器件对于温度非常敏感，当温度超出其工作范围时，发生不可逆击穿的概率会急剧升高，可靠性大大降低。针对IGBT的发热特性设计出具有优异性能的散热器是提高其可靠性和寿命的关键。为了给散热器的设计提供依据，验证已设计好的散热器的性能，需要一套能近似出实际热工况的测试装置。在这样的测试装置中，如何准确地模拟出IGBT封装的实际发热规律至关重要。
现有技术中，常采用铝块来模拟功率器件。铝块内有一组等径的通孔，这些通孔内插有等径的圆柱形热阻丝，其外壁涂有导热硅脂用来减小热阻丝与铝质基体之间的接触热阻。通过调节加载在这些热阻丝两端的电压来达到模拟功率器件发热的目的。
但是这种模拟方式具有以下缺点：虽然通过调节加载电压能够达到与IGBT总发热量相等的目标，但接触面热流密度差异较大；采用这种铝块模拟IGBT发热，只能采集台面温度评估散热器性能，铝块内部的热力参数没有太大的参考价值；无法近似在各种不同的工况中IGBT和FRD的发热组合，在局部会造成较大的热流密度的差异。
由此，需要一种更好的设备以准确地模拟功率模块的实际发热规律。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种模拟功率器件发热的装置及测试散热器的性能的系统。该模拟功率器件发热的装置能较高精度地模拟电力电子器件的实际发热规律，从而，配合测试散热器的性能的系统，能够实现封装内部温度测量，更好地判断相应的散热器的性能。
根据本发明的一方面，提出了一种模拟功率器件发热的装置，包括：
基板，
设置在基板上的外壳，外壳与基板形成容纳腔，
从下至上填充在容纳腔内的第一绝缘层和第二绝缘层，
浸入式设置在所述第一绝缘层内第一铜板、设置在所述第一铜板上的衬板、设置在所述衬板上的第二铜板、设置在所述第二铜板上的发热件、设置在所述第二铜板上的弹簧引线、设置在所述弹簧引线上的印刷电路板，其中，所述第一铜板设置在所述基板上，所述印刷电路板位于所述发热件的上方，所述发热件和所述第二铜板通过超声引线连接，
一端与第二铜板连接而另一端延伸出外壳的用于与外界电源连接的正极母排端子和负极母排端子。
在一个实施例中，发热件为薄膜电阻。
在一个实施例中，发热件分为至少两种以与不同的外界电源电连接。
在一个实施例中，相同种的薄膜电阻并联并能通过设置在外壳上的连接器与外界电源连接，连接器与正极母排端子和负极母排端子电连接。
在一个实施例中，连接器构造为插拔接头。
根据本发明的另一方面，提出了一种测试散热器的性能的系统，包括：
上述的模拟功率器件发热的装置，模拟功率器件发热的装置设置在散热器的至少一个侧面上，
能与模拟功率器件发热的装置连接的电源。
在一个实施例中，还包括用于接收分别设置在散热器的流体入口流道和流体出口流道内的压力传感器的信号的第一接收器，和/或用于接收分别设置在散热器的流体入口流道和流体出口流道内的温度传感器的信号的第二接收器。
在一个实施例中，还包括热电偶和温度巡检仪，热电偶的一端设置在基板上而另一端与温度巡检仪连接。
在另一个实施例中，还包括热电偶和温度巡检仪，热电偶的一端设置在散热器上而另一端与温度巡检仪连接。
在一个实施例中，在电源处设置电流传感器。
与现有技术相比，本发明的优点在于，该模拟功率器件发热的装置的结构与实际的功率模块相似，从而能更好地模拟电力电子器件的实际发热规律。另外，该发热件通过与外界电源连接便能实现模拟电力电子器件的过程，结构简单，并且制造成本低。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1显示了根据本发明的一个实施例的模拟功率器件发热的装置；
图2显示了根据本发明的另一个实施例的测试散热器的性能的系统；
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
图1显示了根据本发明的一个实施例的模拟功率器件发热的装置100。如图1所示，装置100包括基板1、外壳2、第一绝缘层3、第二绝缘层4、第一铜板5、衬板6、第二铜板7、发热件8、弹簧引线9、印刷电路板10、超声引线11，以及正极母排端子12和负极母排端子13。其中，外壳2设置在基板1的一侧面上，并与基板1形成了容纳腔14。第一铜板5设置在基板1上。衬板6设置在第一铜板5上。第二铜板7设置在衬板6上。发热件8设置在第二铜板7上，并且发热件8与第二铜板7通过超声引线11相电连接。弹簧引线9设置在第二铜板7上。印刷电路板10搭接在弹簧引线9上并与其电连接，且印刷电路板10高于发热件8。正极母排端子12和负极母排端子13的一端与第二铜板7连接，而另一端延伸出外壳2用于与外界电源15(图2中所示)连接。从而，通过上述连接使得电源15能为发热件8供给能量而使得发热件8发热而模拟电力电子器件(例如，IGBT)等。第一绝缘层3和第二绝缘层4设置在容纳腔14中，并呈上下分层而布设。其中，第一绝缘层3用于封装第一铜板5、衬板6、第二铜板7、发热件8、弹簧引线9、印刷电路板10和超声引线11等部件，以保证各部件之间的绝缘性能。
该装置100的结构与实际的功率模块的结构相似，从而能过更好地模拟电力电子器件的实际发热规律。另外，该发热件8通过与外界电源15连接便能实现模拟电力电子器件的发热过程，结构简单，并且制造成本低。
优选地，基板1为由AlsiC制成。第一铜板5为表面镀有镍的铜板，并通过焊接的方式设置在基板1上。衬板6由AlN制成。第二铜板7为表面镀有镍的铜板。发热件8通过焊接的方式设置在第二铜板7上。第一绝缘层3为硅胶层，而第二绝缘层4为环氧树脂层。
优选地，发热件8为薄膜电阻。进一步优选的，该薄膜电阻可以为金属膜电阻。这种设置的发热件8具有精度较高，稳定性好，噪声小等优点。并且，通过这种方式不仅能精确地模拟区域发热，更加精细化，还能通过给发热件8连接不同的电压而模拟在不同的输入情况下电子器件的发热特性。当然，发热件8还可以为厚膜电阻。
在一个实施例中，将容纳腔14内设置的薄膜电阻分为至少两种，以与不同的电源15电连接。通过这种设置能更精准地模拟不同输入情况下的电子器件的发热特性，尤其是，通过调节加载上每种薄膜电阻上的电压，实现不同的电子器件发热组合。由此，通过上述设置增加了装置100的应用范围和模拟精度。
在一个实施例中，相同种的薄膜电阻并联。并在外壳2上设置连接器，一端与正极母排端子12和负极母排端子13电连接，而另一端与电源15电连接。通过设置连接器方便了电源15与发热件8的连接。优选地，连接器构造为插拔接头形式。例如，连接器可以构造为包括至少两个弹片的快速插拔接头形式。通过这种连接可以简化操作，增加测试效率。
如图2所示，本发明还涉及一种测试散热器的性能的系统50。该系统50包括上述的装置100和用于为装置100供给电能的电源15。在测试散热器16的散热效率的时候，将装置100设置在散热器16的至少一个侧面上。在测试过程中，可以通用调整电源15供给到发热件8的电流参数而模拟不同的电子器件的发热组合。
为了准确检测发热件8的发热效率和散热器16的散热效果，系统50还包括热电偶(图中未示出)和温度巡检仪17。热电偶的一端设置在基板1上而另一端与温度巡检仪17连接。从而，热电偶能将感应的温度产生的电压发送给温度巡检仪17，而温度巡检仪17接受到这种电压信号并将其以可视化的方式展示出来。当然，热电偶还可以设置在散热器16上。也就是，热电偶的一端连接散热器16以感应温度，而另一端连接温度巡检仪17以传递信号。
系统50还包括第一接收器(图中未示出)和第二接收器(图中未示出)。其中，第一接收器用于接收设置在散热器16的流体入口流道和流体出口流道内的压力传感器的信号，以得到散热器16的流体入口流道和流体出口流道内的工质的压力状况。从而，为分析散热器16的散热效率提供更精确的数据。同理地，和第二接收器用于接收设置在散热器16的流体入口流道和流体出口流道内的温度传感器的信号，以得到散热器16的流体入口流道和流体出口流道内的工质的温度状况。从而，为检测散热器16的散热效果提供更好的数据依据。
为了更好的模拟IGBT等电子器件的发热状况，可以通过调整电源15的电压来实现。而为了更好地控制电源15的输出电压，在电源15处设置电流传感器(图中未示出)以感应电源15的输出，便于精准地模拟电子器件的发热规律。
本申请中，方位用于“上”和“下”与图1中所示的方位为参照。
以上仅为本发明的优选实施方式，但本发明保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可容易地进行改变或变化，而这种改变或变化都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模拟功率器件发热的装置，其特征在于，包括：
基板，
设置在所述基板上的外壳，所述外壳与所述基板形成容纳腔，
从下至上填充在所述容纳腔内的第一绝缘层和第二绝缘层，
浸入式设置在所述第一绝缘层内第一铜板、设置在所述第一铜板上的衬板、设置在所述衬板上的第二铜板、设置在所述第二铜板上的发热件、设置在所述第二铜板上的弹簧引线、设置在所述弹簧引线上的印刷电路板，其中，所述第一铜板设置在所述基板上，所述印刷电路板位于所述发热件的上方，所述发热件和所述第二铜板通过超声引线连接，
一端与所述第二铜板连接而另一端延伸出所述外壳的用于与外界电源连接的正极母排端子和负极母排端子。
2.根据权利要求1所述的模拟功率器件发热的装置，其特征在于，所述发热件为薄膜电阻。
3.根据权利要求2所述的模拟功率器件发热的装置，其特征在于，所述发热件分为至少两种以与不同的外界电源电连接。
4.根据权利要求3所述的模拟功率器件发热的装置，其特征在于，相同种的所述薄膜电阻并联并能通过设置在所述外壳上的连接器与外界电源连接，所述连接器与所述正极母排端子和负极母排端子电连接。
5.根据权利要求4所述的模拟功率器件发热的装置，其特征在于，所述连接器构造为插拔接头。
6.一种测试散热器的性能的系统，其特征在于，包括：
根据权利要求1到5中任一项所述的模拟功率器件发热的装置，所述模拟功率器件发热的装置设置在所述散热器的至少一个侧面上，
能与所述模拟功率器件发热的装置连接的电源。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括用于接收分别设置在所述散热器的流体入口流道和流体出口流道内的压力传感器的信号的第一接收器，和/或用于接收分别设置在所述散热器的流体入口流道和流体出口流道内的温度传感器的信号的第二接收器。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括热电偶和温度巡检仪，所述热电偶的一端设置在所述基板上而另一端与所述温度巡检仪连接。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括热电偶和温度巡检仪，所述热电偶的一端设置在所述散热器上而另一端与所述温度巡检仪连接。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，在所述电源处设置电流传感器。
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