CN107820378A - 用于光伏逆变器中功率模块的散热装置及光伏逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏发电技术领域，具体提供了一种用于光伏逆变器中功率模块的散热装置及光伏逆变器。光伏逆变器，包括功率模块和对功率模块进行散热的散热装置，所述装置包括平板热管，所述平板热管具有相向布置的吸热面和散热面，所述功率模块贴设在平板热管的吸热面上的安装区域内，所述散热装置还包括并排设置在平板热管的散热面上的导热热管，导热热管具有与平板热管的散热面连接的冷端，以及设置在远离冷端一端的热端。在本发明中散热装置与功率模块的接触热阻小，能够对光伏逆变器中的功率模块进行有效散热。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种用于光伏逆变器中功率模块的散热装置及光伏逆变器。
背景技术
随着不可再生资源的日益短缺以及全民环保意识的不断提高，太阳能等可再生资源并网发电技术及应用受到了社会各界越来越多的关注，其中组串式光伏并网逆变器作为太阳能发电系统的核心设备，其可靠性决定这光伏系统的安全运行，而制约其安全运行的重要因素之一是逆变器中IGBT功率模块的散热问题，IGBT使一种集高频高压和大电流于一身的功率半导体复合元件，它的出现促进了电力电子的极大发展，但IGBT功率模块在工作过程中会有较大的热量产生，使其本身温度迅速升高，而过高的温度对IGBT功率模块的性能具有很大的危害甚至严重影响其使用寿命，因此需要通过其他散热装置来辅助散热。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于光伏逆变器中功率模块的散热装置，同时提供了一种使用该散热装置的光伏逆变器，散热装置与功率模块的接触热阻小，能够对光伏逆变器中的功率模块进行有效散热。
为实现上述目的，本发明中光伏逆变器采用如下技术方案：
技术方案1：光伏逆变器，包括功率模块和对功率模块进行散热的散热装置，所述装置包括平板热管，所述平板热管具有相向布置的吸热面和散热面，所述功率模块贴设在平板热管的吸热面上的安装区域内，所述散热装置还包括并排设置在平板热管的散热面上的导热热管，导热热管具有与平板热管的散热面连接的冷端，以及设置在远离冷端一端的热端。
其有益效果在于：在光伏逆变器中引入对功率模块进行散热的散热装置，在散热装置中包括平板热管和平板对热管进行散热的散热导管，能够加快散热效率。并且在平板热管上设有用于贴设功率模块的安装区域，安装区域设置在平板热管的表面，容易安装电子元器件，与功率模块贴设，能够极大地减少接触热阻，同时，热量在平板热管上扩散时，热阻较小，并且平板热管面积可调，适用性较强。在平板热管的散热面上设置导热热管，能够将聚集在平板热管散热面上的热量通过热传导的方式排出，从而降低平板热管的温度，同时导热热管与平板热管设置在一起，能够减少接触热阻，提高散热效率。
技术方案2：在技术方案1的基础上，所述平板热管上设有供导热热管插设的插接腔，所述导热热管的一端为与插接腔配合的敞口结构，所述导热热管插设在插接腔内与平板热管形成一体式结构，所述导热热管的内腔与插接腔连通形成了对平板热管的散热面进行热传递的导热内腔。
其有益效果在于：导热热管一端为敞口结构，直接与设置在平板热管内的插接腔相连形成了一体结构，能够减少到导热热管与平板热管的接触热阻，减少了介于导热热管与平板热管之间的空气，同时减少了空气所形成的气隙层所产生的接触热阻，提高了散热效率，导热内腔设置在平板热管内，减少了导热热管的安装尺寸，同时也增加了导热内腔与散热内腔的换热面积，提高了散热效率。
技术方案3：在技术方案2的基础上，所述平板热管包括设置有基板和与基板密封配合的盖板，所述基板和盖板上均设有凹槽，在基板与盖板密封配合时分别位于基板和盖板上的凹槽配合形成了散热内腔，散热内腔靠近功率模块的一侧为吸热面，与吸热面对应的一侧为散热面。
其有益效果在于：基板与盖板配合设置能够形成散热通道，便与技术人员进行装配，同时减少了散热装置的尺寸，降低了生产成本。
技术方案4：在技术方案1或2或3的基础上，所述平板热管和导热热管内设有传递热量的工质和为工质提供毛细作用力的毛细结构。
其有益效果在于：设置在平板热管和导热热管内的工质能够带动热量运动，实现在热管内的热量循环，提高了散热效率，毛细结构能够为工质提供热循环的作用力。
技术方案5：在技术方案4的基础上，所述平板热管的毛细结构设置在散热内腔中，所述毛细结构为设置在散热内腔中的微沟道。
其有益效果在于：设置在平板热管内散热内腔的微沟道中沿散热通道的热阻低，能够提高散热量，提高散热效率。
技术方案6：在技术方案4的基础上，所述导热热管的毛细结构为设置在导热内腔中的烧结的铜粉。
其有益效果在于：烧结的铜粉能够为工质提供较大的毛细压力，能够加快工质在导热内腔中的循环速度，从而增加散热量，提高散热效率。
技术方案7：在技术方案4的基础上，所述工质为水。
其有益效果在于：在平板热管和导热热管内设置的工质为水，清洁廉价，且绿色环保无污染，水的比热容大能够带走更多的热量，提高单位时间内的散热效率。
技术方案8：在技术方案6的基础上，所述光伏逆变器中设有多个功率模块，每个功率模块上均设有导热热管，所述导热热管上设有用于增加与相邻功率模块间距的弯管段。
其有益效果在于：因为与多个功率模块连接的导热热管并排布置在平板热管的散热面上，增加有使导热热管间距增加的弯管段，用于避让相邻的导热热管，增大导热热管的换热面积，提高散热的效率。
技术方案9：在技术方案8的基础上，所述导热热管的热端设有散热器。
其有益效果在于：在导热管的热端设置散热器，能够增加工质在热端所传递出的热量，提高工质在导热热管内的循环速度，提高散热效率。
为实现上述目的，本发明中用于光伏逆变器中功率模块的散热装置采用如下技术方案：
技术方案1：用于光伏逆变器中功率模块的散热装置，所述装置包括平板热管，所述平板热管具有相向布置的吸热面和散热面，所述平板热管的吸热面上设有供功率模块贴设的安装区域，所述散热装置还包括并排设置在平板热管的散热面上的导热热管，导热热管具有与平板热管的散热面连接的冷端，以及设置在远离冷端一端的热端。
技术方案2：在技术方案1的基础上，所述平板热管上设有供导热热管插设的插接腔，所述导热热管的一端为与插接腔配合的敞口结构，所述导热热管插设在插接腔内与平板热管形成一体式结构，所述导热热管的内腔与插接腔连通形成了对平板热管的散热面进行热传递的导热内腔。
技术方案3：在技术方案2的基础上，所述平板热管包括设置有基板和与基板密封配合的盖板，所述基板和盖板上均设有凹槽，在基板与盖板密封配合时分别位于基板和盖板上的凹槽配合形成了散热内腔，散热内腔靠近功率模块的一侧为吸热面，与吸热面对应的一侧为散热面。
技术方案4：在技术方案1或2或3的基础上，所述平板热管和导热热管内设有传递热量的工质和为工质提供毛细作用力的毛细结构。
技术方案5：在技术方案4的基础上，所述平板热管的毛细结构设置在散热内腔中，所述毛细结构为设置在散热内腔中的微沟道。
技术方案6：在技术方案4的基础上，所述导热热管的毛细结构为设置在导热内腔中的烧结的铜粉。
技术方案7：在技术方案4的基础上，所述工质为水。
技术方案8：在技术方案6的基础上，所述导热热管上设有弯管段。
技术方案9：在技术方案8的基础上，所述导热热管的热端设有散热器。
附图说明
图1为本发明中用于光伏逆变器中功率模块的散热装置的原理图；
图2为本发明中用于光伏逆变器中功率模块的散热装置实施例1中的结构示意图；
图3为本发明中用于光伏逆变器中功率模块的散热装置实施例1中的剖视图；
图4为本发明中用于光伏逆变器中功率模块的散热装置实施例2的结构示意图。
图中：1.IGBT模块；2.基板；3.盖板；4.液态工质；5.散热面；6.导热内腔；7.吸热面；8.导热热管；81.导热热管弯折段；9.散热器；10.光伏逆变器箱体。
具体实施方式
如图1至图3所示，为本发明中光伏逆变器的实施例1：其中光伏逆变器包括对逆变器中的功率模块进行散热的散热装置，该散热装置包括内部设有内腔的热管，热管内还设有在内腔中流动以实现将热量进行传递的工质，在本例中采用清洁廉价且比热容较大的水作为工质。
散热装置包括平板热管和并排设置在平板热管上的导热热管8，平板热管为与光伏逆变器中与作为功率模块的IGBT模块1贴设的平板，平板热管包括基板2和与基板密封配合的盖板3，基板2上设有吸热面7和散热面5，IGBT模块贴设在靠近吸热面7一侧，基板2和盖板3上分别加工有凹槽，使基板2与盖板3在密封配合后，两个凹槽形成一个空间，在空间内设置有供液态工质4流通的散热内腔，散热内腔的两面分别为吸热面7和散热面5。散热内腔内蚀刻有微沟道，并且微沟道并排设置，形成了多个为散热通道，提高了散热效果，并且微沟道能够为在散热内腔内的液态工质4提供毛细压力，使液态工质4能够在散热内腔内循环运动。在IGBT模块1与平板热管的基板2的侧面之间设有能够提高热传递效率的导热硅脂。
在平板热管的盖板3上，远离基板2的一端设有与散热内腔5间隔的蒸汽腔，该内腔与导热热管8连通，导热热管8在盖板3的上端面与盖板3连接以形成一体式结构，导热热管8为有导热热管弯折段81的圆柱形铜热管，导热热管的热冷与平板热管配合，冷端的一侧为敞口结构，其中导热热管能够插设在平板热管中盖板3的插口上形成与平板热管盖板3上的内腔连通的导热内腔6。导热内腔6道沿导热热管8延伸布置，并且在导热热管8上设有导热热管弯折段81，能够在不增加整体尺寸的情况下来增加导热热管8中导热内腔6的散热路径长度。导热内腔6内的液态工质4能够在底部受热气化为水蒸气，通过升腾作用将热量带到导热热管8的顶端，并且水蒸气在上升过程中，热量传导到导热热管8的管壁上，水蒸气液化，附着在导热热管8的管壁上，并且受到设置在导热热管8内的烧结的铜粉对液态工质4产生的毛细力的作用下，回落到导热内腔6内的冷端，即导热热管8的中下部，同时在导热热管8的顶部，设置有对导热内腔6内的液态工质4进行集中散热的铝型材散热器，散热器9包裹在导热热管8热端的外侧，并且在散热器9与导热热管8之间设有导热硅脂。在散热内腔和导热内腔6内都被设为内部设有液态工质4的真空环境。如图1所示，图中的箭头标示出在对IGBT模块1进行散热的过程中，热循环的运动方向。
在光伏逆变器工作时，其中的功率模块IGBT模块1内会产生大量的热量，集聚在IGBT模块1的表面上，IGBT模块1通过导热硅脂与热管中的平板热管的基板2接触，平板热管的平板型结构，能过使IGBT模块1所传递过来的热量均匀分布在基板2上，并且热量在基板2上传递时，受到的扩散热阻较小，便于热量传递到散热内腔内，在散热内腔内的液态工质4会去吸收吸热面7上的热量，并且吸收完热量后，基板2的表面温度下降，作为液态工质4的水，会发生物态变化，在吸热面7吸收热量，由原来液态工质，转变为气态工质，并且在散热内腔内运动，将热量由吸热面7向与吸热面相向设置的散热面5传递。平板热管上基板2的散热面5温度较低，水蒸气在散热面5释放热量，重新液化，并且会在散热内腔内的微沟道的毛细作用下，在散热内腔内循环运动。把平板热管基板2上所吸收的热量传递给设置有导热热管8的一侧。
由散热内腔内的工质将热量由吸热面7传递到散热面5时，散热面5此时温度较高，与散热面5间隔的导热内腔6会经过盖板3的热传导，内部温度上升，导热热管8底部的液态工质4会吸收散热面5的热量而气化为气态工质，气态工质在升腾作用下向导热热管8的顶部上升，在气态工质上升的过程中，带走了散热面5上集聚的热量，并且将热量传递给了导热热管8中上部的管壁上，气态工质会继续上升到导热热管8的顶部，导热热管8顶部设有散热器9，相对温度较低，气态工质在将热量传递给了导热热管8，温度降低而发生液化，在导热热管8内的导热内腔6内设有烧结的铜粉，能够对液化的工质4产生一个毛细作用力，毛细作用力会驱使凹凸不平的液面变平，而在导热热管8顶部液化的工质形成了一个凹面向上的小液柱，毛细作用力对小液柱有一个向下的压力，另一方面工质由于与导热热管8的管壁存在粘附力，工质4会沿着压力的方向贴附在导热热管的管壁上向下运动。同时，由顶部下落的工质在导热热管8的底部聚集，形成了一个液面向上凸起的小液柱，此时，液柱内的毛细作用力会使液面下凹，对液住产生了一个向下的拉力，这个拉力能够带动贴附在导热热管8管壁上正在向下运动的工质移动，加快了在导热内腔6内的工质的运动循环，并且工质4在循环的过程中会吸收、释放热量，加快了热量的传递，提高了散热的效率。
由于散热内腔和导热内腔6间隔设置，中间隔层的接触热阻非常小，散热内腔和导热内腔6之间的热交换效率非常高，导热系数较高，能够及时地排出集聚在IGBT模块1上的热量，为IGBT模块1的运行提供了保障。
本发明中光伏逆变器的实施例2如图4所示，与上述实施例的不同之处仅在于，在一个光伏逆变器箱体10上使用相同的结构对多个IGBT模块进行散热， 并排布置的导热热管8上设有导热热管弯折部81，能够对其他IGBT模块1进行避让，并且多个导热热管组共用一个散热器9，能够在提高散热量的情况下，降低生产成本。
在其他实施例中，导热热管与平板热管的布置方式还可以有其他形式，例如将导热热管与平板热管设为拆装的形式，导热热管为完整的热管结构，将导热热管直接插入平板热管内，使平板热管与导热热管内的腔体依靠热传导进行散热，这样的结构便于技术人员进行装配，检修。
在其他实施例中，导热热管上还可以不设置弯管段。
在其他实施例中，导热热管的热端还可以不设置散热器，依靠风冷对导热热管的热端进行散热。
在其他实施例中，导热热管还可以设置为其他形式，例如将导热热管设置为截面积为长圆形的扁管，在扁管上有与平板热管接触的较大的换热面积，能够提高散热的效率。
光伏逆变器中对功率模块进行散热的散热装置的实施例与上述光伏逆变器实施例中散热装置的结构和工作过程相同，因此不再重复说明。
Claims (10)
1.光伏逆变器，包括功率模块和对功率模块进行散热的散热装置，其特征在于：所述装置包括平板热管，所述平板热管具有相向布置的吸热面和散热面，所述功率模块贴设在平板热管的吸热面上，所述散热装置还包括并排设置在平板热管的散热面上的导热热管，导热热管具有与平板热管的散热面连接的冷端，以及设置在远离冷端一端的热端。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于：所述平板热管上设有供导热热管插设的插接腔，所述导热热管的一端为与插接腔配合的敞口结构，所述导热热管插设在插接腔内与平板热管形成一体式结构，所述导热热管的内腔与插接腔连通形成了对平板热管的散热面进行热传递的导热内腔。
3.根据权利要求2所述的光伏逆变器，其特征在于：所述平板热管包括设置有基板和与基板密封配合的盖板，所述基板和盖板上均设有凹槽，在基板与盖板密封配合时分别位于基板和盖板上的凹槽配合形成了散热内腔，散热内腔靠近功率模块的一侧为吸热面，与吸热面对应的一侧为散热面。
4.根据权利要求1或2或3所述的光伏逆变器，其特征在于：所述平板热管和导热热管内设有传递热量的工质和为工质提供毛细作用力的毛细结构。
5.根据权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于：所述光伏逆变器中设有多个功率模块，每个功率模块上均设有导热热管，所述导热热管上设有用于增加与相邻功率模块间距的弯管段。
6.用于光伏逆变器中功率模块的散热装置，其特征在于：所述装置包括平板热管，所述平板热管具有相向布置的吸热面和散热面，所述平板热管的吸热面上设有供功率模块贴设的安装区域，所述散热装置还包括并排设置在平板热管的散热面上的导热热管，导热热管具有与平板热管的散热面连接的冷端，以及设置在远离冷端一端的热端。
7.根据权利要求6所述的散热装置，其特征在于：所述平板热管上设有供导热热管插设的插接腔，所述导热热管的一端为与插接腔配合的敞口结构，所述导热热管插设在插接腔内与平板热管形成一体式结构，所述导热热管的内腔与插接腔连通形成了对平板热管的散热面进行热传递的导热内腔。
8.根据权利要求7所述的散热装置，其特征在于：所述平板热管包括设置有基板和与基板密封配合的盖板，所述基板和盖板上均设有凹槽，在基板与盖板密封配合时分别位于基板和盖板上的凹槽配合形成了散热内腔，散热内腔靠近功率模块的一侧为吸热面，与吸热面对应的一侧为散热面。
9.根据权利要求6或7或8所述的散热装置，其特征在于：所述平板热管和导热热管内设有传递热量的工质和为工质提供毛细作用力的毛细结构。
10.根据权利要求9所述的散热装置，其特征在于：所述导热热管上设有弯管段。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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