CN108550561A - 一种电力器件用散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力器件用散热器，将散热器的散热片按照不同的高度排列，改变散热器基板不同位置的散热面积，通过提高散热器局部单位体积散热片的面积，降低散热器的换热热阻，提高散热器的热性能，使得在散热器不同位置的散热总量一样，保证每个功率器件可以得到均匀的散热效果。本发明通过利用调整散热片的排布方式，通过不同高度的铝板组合，能在散热器入风口到出风口方向，形成不同的散热片的高度，通过调整不同区域散热片的高度，消除入风口到出风口方向风温不相同对电力器件的温升的影响，实现电力器件的均温。
Description
技术领域
本发明属于电力电子设备制造技术领域，具体涉及一种电力器件用散热器。
背景技术
大功率半导体器件在运行过程中会产生大量的热，为了不至于烧坏功率器件，现在都必须通过散热器来帮助其散热；其中，散热片式散热器是一种常用的散热器，散热片式散热器主要承载功率器件的传热和散热功能。
目前的散热片式散热器基本都是由两个单元结合，散热片和基板，散热片主要起散热功能，基板起传热功能。一般散热片式散热器在加工制作时，都是先分别制作好基板和散热片，再将散热片插入到基板上，然后通过焊接将散热片与基板焊接起来，组成散热片式散热器，这种散热器具有散热功率较大，性能稳定可靠的特点，因此得到广泛应用。然而，随着功率器件的功率密度越来越大，散热器的热流密度也越来越高，要求的散热器的散热能力越来越强。为提高单位体积的散热能力，只有通过提高散热面积和材料的热导率来实现。现有提高散热器面积的主要方法主要是采用多孔散热片或波纹片提高散热面积，但除存在入风口先后的功率器件散热器温度差大的缺陷。因此，如何能够在保证发热元件产生的热量及时散发的同时使得不同位置的发热器件保持温升一致，是目前急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种电力器件用散热器，针对现有散热器存在的一些不足，提供一种新的散热器散热器，使用该散热器能够有效保证各功率器件都能有相等的散热效果，有效保证功率器件的使用性能。
一种电力器件用散热器，括基板，基板的同一个表面上垂直固定有若干散热片，相邻散热片之间具有间隙，自入风口到出风口方向散热片的高度依次增加，散热片由若干平行设置的翅片组成，散热片与基板另一表面上的功率器件相对设置。
进一步的，从入风口至出风口方向，散热片增加的高度与出风口相对入风口温升的速率成正比。
进一步的，自入风口到出风口方向的散热片依次为第一散热片至第N散热片，第i散热片与位于其进风侧的散热片高度差为Xi，Xi＝[(ti-ti-1)/(ti+1-ti)]*hi-1-hi-1，其中，hi-1为第i-1散热片的高度，ti-1为进入第i-1散热片的空气温度，ti为进入第i散热片的空气温度，ti+1为进入第i+1散热片的空气温度；位于出风口(9)处的第N散热器与位于其入风口(8)方向的相邻的散热片高度差为XN，Xn＝[(tN-tN-1)/(te-tN)]*hN-1-hN-1，其中，te为出风口(9)的温度。
进一步的，相邻散热片之间的间距大于等于5mm，小于等于15mm。
进一步的，所有散热片在垂直于入风口至出风口方向的长度相等，且等于基板在此方向上的长度。
进一步的，还包括用于向入风口吹风的风扇。
进一步的，散热片与需要冷却的功率器件关于基板相对设置，且过散热片的几何中心与其相对设置的功率器件的几何中心的直线垂直于基板。
进一步的，基板与散热片可拆卸连接。
进一步的，翅片为矩形铝板。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，将散热器的散热片按照不同的高度排列，改变散热器基板不同位置的散热面积，通过提高散热器局部单位体积散热片的面积，降低散热器的换热热阻，提高散热器的热性能，使得在散热器不同位置的散热总量一样，保证每个功率器件可以得到均匀的散热效果。本发明通过利用调整散热片的排布方式，通过不同高度的散热片组合，能在散热器入风口到出风口方向，形成不同的散热片的高度，通过调整不同区域散热片的高度，消除入风口到出风口方向风温不相同对电力器件的温升的影响，实现电力器件的均温。
进一步的，相邻散热片之间的间距大于等于5mm，小于等于15mm，防止不同高度的散热器之间传导热量，保持散热器的均温效果，同时方便进行不同高度散热片的焊接。
进一步的，所有散热片在垂直于入风口至出风口方向的长度相等，且等于基板在此方向上的长度，最大限度的提高散热效率。
进一步的，还包括用于向入风口吹风的风扇，提高散热效率。
进一步的，散热片与需要冷却的功率器件关于基板相对设置，且过散热片的几何中心与其相对设置的功率器件的几何中心的直线垂直于基板，实现对每个功率器件的均匀散热。
进一步的，基板与散热片可拆卸连接，可以方便的调整散热器的冷却能力。
附图说明
图1是本发明的实施例1结构示意图；
图2是图1的A-A剖面视图；
图3是图1中散热器的结构图；
图4是实施例2散热器的示意图；
图5是图4中散热器的结构图；
附图中：1、基板，2、第一散热片，3、第二散热片，4、第三散热片，5、第一功率器件，6、第二功率器件，7、第三功率器件，8、入风口，9、出风口，10、第四散热片，11、第四功率器件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1
参照图1，一种电力器件用散热器包括基板1、3个散热片和风扇，风扇用于从进风口方向向散热片方向吹风，风扇吹出的风穿过组成散热片的翅片的间隙。通过不同高度的铝板组合，使得在散热器入风口8到出风口9方向，形成不同的散热片的高度，通过调整散热片的高度，消除入风口8到出风口9方向风温不相同对功率器件的温升的影响，实现功率器件的均温。
铲齿散热器的方案详细说明如下：
如附图1至图3所示，包括基板1和第一至第三散热片，第一至第三散热片依次固定在基板1下端面，第一至第三散热片均由若干平行设置的翅片组成，翅片为矩形铝板，第一至第三散热片的翅片均垂直于基板1，其中第一散热片2位于靠近入风口8一侧，第三散热片位于靠近出风口9一侧，第一至第三散热片分别于位于基板1上端面的的第一功率器件5、第二功率器件6以及第三功率器件散7相对设置，第一至第三散热片几何中心点分别与第一至第三功率器件的几何中心的连线垂直于基板1。
第一散热片2的高度，小于位于第一功率器件5出风口9一侧的第二功率器件6下方的第二散热片3的高度；第二功率器件6下方的所有散热片即第二散热片3的高度小于更靠近出风口9的第三功率器件7下方第三散热片4的高度。
第一至第三散热片覆盖基板1的下表面，即第一散热片2位于入风口8一侧的端面与基板1位于入风口8一侧的端面齐平，第三散热片4位于出风口9一侧的端面与基板1位于出风口9一侧的端面齐平，第一至第三散热片在Y轴方向延伸的长度相等，其长度与基板1在Y轴方向延伸的长度相等，且第一至第三散热片的前后端面分别与基板1的前后端面齐平。
根据散热器从入风口8到出风口9温度梯度的增加，来确定散热片之间高度增加的高度，以保证散热片从基板1上任意一位置所带走的热量基本相等；散热片高度增加的梯度均匀增加，从入风口8开始均匀增加到出风口9，递增的速度与出风口9相对入风口8温升的速率成正比。通过不同高度的散热片组合实现不同的散热片高度要求。通过变换件散热片的高度，能使的整体散热效果均匀；以保证通过增加出风口9的散热面积来减少出风口9流动气体升温所带来的影响。
如图2和图3所示，第一散热片2与第二散热片3的间距以及第二散热片3与第三散热片4的间距大于等于5mm、小于等于15mm，三个散热片之间设置间隙是为了防止不同高度的散热器之间传导热量，保持散热器的均温效果，同时方便进行不同高度散热片的焊接。
散热器为铲齿散热器，此种工艺散热器散热齿间距比其他工艺散热器齿间距更小，翅片数量更多，散热面积更大。
翅片由纯铝或铝合金材料制成的矩形铝板组合形成，重量轻、散热性能好。
本发明通过利用调整散热片的排布方式，能在散热器入风口8到出风口9方向，形成不同的散热片的高度，通过调整散热片的高度，消除入风口8到出风口9方向风温不相同对功率器件的温升的影响，实现第一个功率器件到第N个功率器件的均温。
设第一散热片2高度为h1，第二散热片3相对第一散热片2增加的高度梯度为X1，第三散热片4相对第二散热片3增加的高度梯度为X2，进入第一散热片2的空气温度为t1，进入第二散热片3的空气温度为t2，进入第三散热片4的空气温度为t3，出风口9的温度为te。根据牛顿冷却公式可得到，如要使三个功率器件散热一致则可得到：(t2-t1)/(t3-t2)＝(h1+X1)/h1，得到X1＝[(t2-t1)/(t3-t2)]*h1-h1，X2＝[(t3-t2)/(te-t3)]*(h1+X1)-(h1+X1)。
实施例2
参照图4和图5，本实施例与实施例1的不同之处在于散热片的数量为4个，即散热器包括基板1，基板1上自近入风口8这出风口9方向依次排列有第一散热器2、第二散热器3、第三散热器4和第四散热器10，第一至第四散热器分别与第一功率器件5，第二功率器件6，第三功率器件7以及第四功率器件11相对设置。
设第一散热片2高度为h1，第二散热片3高度为h2，第三散热片4高度为h3，第四散热片10高度为h4，第二散热片3相对第一散热片2增加的高度梯度为X1，即h2＝h1+X1，第三散热片4相对第二散热片3增加的高度梯度为X2，即h3＝h2+X2，第四散热片10相对第三散热片增加的高度梯度为X3，即h4＝h3+X3，进入第一散热片2的空气温度为t1，进入第二散热片3的空气温度为t2，进入第三散热片4的空气温度为t3，进入第四散热片10的空气温度为t4，出风口9的温度为te。根据牛顿冷却公式可得到，如要使三个功率器件散热一致则可得到(t2-t1)/(t3-t2)＝(h1+X1)/h1，得到X1＝[(t2-t1)/(t3-t2)]*h1-h1，X2＝[(t3-t2)/(t4-t3)]*(h1+X1)-(h1+X1)，X3＝[(t4-t3)/(te-t4)]*(h1+X1+X2)-(h1+X1+X2)。
翅片插接在基板1上，可以方便的调整散热器的冷却能力。
本发明靠近入风口8位置的散热片高度低于靠近出风口9位置的散热片高度，散热片按照不同高度来进行排列，根据散热基板1不同位置散热效果的不同，采取不同的高度，通过增加出风口9位置的散热片的高度，来增加出风口9位置的散热面积和散热量，从而弥补出风口9位置与入风口8位置的气流温差所影响出风口9的散热量，改变散热器基板1不同位置的散热面积，通过提高散热器局部单位体积散热片的面积，降低散热器的换热热阻，提高散热器的热性能，使得在散热器不同位置的散热总量一样，保证每个功率器件可以得到均匀的散热效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电力器件用散热器，其特征在于，包括基板(1)，基板(1)的同一个表面上垂直固定有若干散热片，相邻散热片之间具有间隙，自入风口(8)到出风口(9)方向散热片的高度依次增加，散热片由若干平行设置的翅片组成，散热片与基板(1)另一表面上的功率器件相对设置。
2.根据权利要求1所述的一种电力器件用散热器，其特征在于，从入风口(8)至出风口(9)方向，散热片增加的高度与出风口(9)相对入风口(8)温升的速率成正比。
3.根据权利要求1所述的一种电力器件用散热器，其特征在于，自入风口(8)到出风口(9)方向的散热片依次为第一散热片(2)至第N散热片，第i散热片与位于其进风侧的散热片高度差为Xi，Xi＝[(ti-ti-1)/(ti+1-ti)]*hi-1-hi-1，其中，hi-1为第i-1散热片的高度，ti-1为进入第i-1散热片的空气温度，ti为进入第i散热片的空气温度，ti+1为进入第i+1散热片的空气温度；位于出风口(9)处的第N散热器与位于其入风口(8)方向的相邻的散热片高度差为XN，Xn＝[(tN-tN-1)/(te-tN)]*hN-1-hN-1，其中，te为出风口(9)的温度。
4.根据权利要求1所述的一种电力器件用散热器，其特征在于，相邻散热片之间的间距大于等于5mm，小于等于15mm。
5.根据权利要求1所述的一种电力器件用散热器，其特征在于，所有散热片在垂直于入风口(8)至出风口(9)方向的长度相等，且等于基板(1)在此方向上的长度。
6.根据权利要求1所述的一种电力器件用散热器，其特征在于，还包括用于向入风口(8)吹风的风扇。
7.根据权利要求1所述的一种电力器件用散热器，其特征在于，散热片与需要冷却的功率器件关于基板(1)相对设置，且过散热片的几何中心与其相对设置的功率器件的几何中心的直线垂直于基板(1)。
8.根据权利要求1所述的一种电力器件用散热器，其特征在于，基板(1)与散热片可拆卸连接。
9.根据权利要求1所述的一种电力器件用散热器，其特征在于，翅片为矩形铝板。
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