CN109637989A - 一种用于大功率igbt散热的并联管路液冷散热器 - Google Patents

一种用于大功率igbt散热的并联管路液冷散热器 Download PDF

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Abstract

一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，涉及电力电子技术领域，包含两块铝板以及一个复合铜管；所述复合铜管镶嵌在两块叠合的铝板中间，所述铝板均开有与所述复合铜管对应的凹槽；所述复合铜管包含多个并联的U形回路，以及相互平行的进液管和出液管；所述进液管一端和出液管的一端相互连通，且所述进液管的另一端为进液口，所述出液管的另一端为出液口；所述U形回路的一端连通所述进液管，另一端连通所述出液管。本发明不仅使得安装维护更加方便，还提升了散热器的换热平衡性能，同时也提升了液冷散热器的安全可靠性。

Description

一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体为一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)器件工作时产生的热量会使内部芯片温度升高，如果IGBT散热问题处理不好，就有可能使芯片温度升高到超过所允许的最高IGBT结温，从而导致器件性能恶化或失效；尤其对于超大功率高压变频、SVG及光伏逆变器产品中的IGBT器件，其电流额定值多在600A以上，工作时发热量非常大，对散热的要求非常高。这种情况下，市场上采用较多的是液冷散热器，但液冷散热器存在以下缺陷：
1、液冷散热器多是通过在两块铝板上铣槽，然后用钎焊的方式将两块铝板叠加在一起，形成液冷回路；这种钎焊的方式加工污染大，且不可拆卸，安装维护不方便。
2、用钎焊的方式固定连接两块铝板，随着使用年限的增加，液冷回路中的冷媒液体会发生在两块铝板的接触面之间弥漫开的情况。当铝板被螺钉穿透并固定IGBT器件时，冷媒液体会沿螺钉流出至IGBT器件，造成器件损坏。
3、液冷回路都是一条单独串联贯通的流通槽路回路，回路前后位置换热效率极不平衡，回路末端的IGBT器件的换热效果较差。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，不仅使得安装维护更加方便，还提升了散热器的换热平衡性能，同时也提升了液冷散热器的安全可靠性。
为达到以上目的，本发明采用一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，包含两块铝板以及一个复合铜管；所述复合铜管镶嵌在两块叠合的铝板中间，所述铝板均开有与所述复合铜管对应的凹槽；所述复合铜管包含多个并联的U形回路，以及相互平行的进液管和出液管；所述进液管一端和出液管的一端相互连通，且所述进液管的另一端为进液口，所述出液管的另一端为出液口；所述U形回路的一端连通所述进液管，另一端连通所述出液管。
在上述技术方案的基础上，所述进液管一端和出液管的一端同样通过一个U形回路连通。
在上述技术方案的基础上，所述多个U形回路等间距排列。
在上述技术方案的基础上，所述U形回路距离进液口越远，排布就越密。
在上述技术方案的基础上，所述U形回路均处于同一平面，且所述U形回路的一端通过一个折弯部连接至所述出液管，所述U形回路所在的平面垂直于所述进液管与所述出液管所在的平面。
在上述技术方案的基础上，所述液冷散热器还包括保护罩，所述保护罩固定在两块铝板上，并盖住所述进液管和所述出液管，所述进液口和所述出液口露出所述保护罩。
在上述技术方案的基础上，所述复合铜管的管路内壁设置有若干不规则的凸起。
在上述技术方案的基础上，所述两块铝板通过螺钉固定连接。
在上述技术方案的基础上，所述复合铜管与所述两块铝板为过盈配合。
在上述技术方案的基础上，两块叠合铝板的一个外表面用来安装IGBT器件，该外表面以及两块叠合的铝板之间均涂覆有导热硅脂。
本发明的有益效果在于：
1、复合铜管并联有多个U型回路，U型回路的一端连通进液管，进液管上设置有进液口，U型回路的另一端连通出液管，出液管上设置有出液口，整体缩短了液体循环行程，有效减小了散热器的体积；同时进液口和出液各有一个，使得液冷散热器的使用与管理更加便捷。
2、U型回路采用复合铜管，取代传统的金属板上铣槽再叠加成液冷回路的方式；两块铝板通过螺钉固定的方式，取代传统的钎焊的方式；散热器的使用安全可靠性更高，同时可拆卸连接，使得维护更加方便。
3、U型回路距离进液口越远排布就越密，距离进液口越近排布越稀疏；保证了铝板平面上的换热平衡，提升了散热器的整体换热效率。
4、复合铜管的管路内壁设置有若干不规则的凸起，冷媒液体循环时，这些凸起可扰动减缓液体的流通速度，延长传导导热时间，提升换热效能。
附图说明
图1为本发明实施例的液冷散热器与IGBT器件安装完整示意图。
图2为图1去除保护罩的示意图。
图3为本发明实施例的复合铜管示意图。
图4为图3的铜管内部剖视图。
图5为本发明实施例的液冷散热器与IGBT器件安装爆炸示意图。
附图标记：1-进液口、2-出液口、3-保护罩、4-复合铜管、5-IGBT器件、6-铝板、7-U形回路、8-进液管、9-出液管、10-凸起、11-凹槽。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1和图5所示，一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，包含两块铝板6以及一个复合铜管4；两块铝板6叠合设置，复合铜管4镶嵌在叠合的铝板6中间，每块铝板6均开有与复合铜管4对应的凹槽11。两块铝板6的凹槽11的结构可以完全相同，也可以不同，只要叠合后能容纳复合铜管即可。
优选的，复合铜管4为圆形，每块铝板6开设的凹槽11的横截面为相应的半圆形。
优选的，复合铜管4与两块铝板6为过盈配合，这样不仅使得结构更加紧凑，同时避免连接处有间隙，使得换热更加高效。
优选的，两块铝板6通过螺钉固定连接。在安装的过程当中，IGBT器件5安装于其中一块铝板6表面，同样可以采用螺钉安装，并且螺钉完全避开内部镶嵌的复合铜管4。这种固定方式，取代传统的钎焊方式，液冷散热器的使用安全可靠性更高，同时可拆卸连接，使得维护更加方便。
如图3和图5所示，复合铜管4包含多个并联的U形回路7，以及相互平行的进液管8和出液管9。进液管8一端和出液管9的一端相互连通，且进液管8的另一端为进液口1，出液管9的另一端为出液口2；U形回路7的一端连通进液管8，另一端连通出液管9。该结构整体缩短了液体循环行程，有效减小了液冷散热器的体积；同时进液口1和出液口2各有一个，使得液冷散热器的使用与管理更加便捷。
进一步地，进液管8一端和出液管9的一端还可以通过一个U形回路7连通。
在本实施例中，多个U形回路7等间距排列。在另外的实施例中，多个U形回路7还可以不等间距排列，距离进液口1越远，排布就越密；距离进液口1越近，排布就越疏。当冷媒液体从进液口1导入时，刚开始的温度较低，换热效果最好，这时U形回路7相对稀疏就能到达良好的散热效果；随着冷媒液体的流动，冷媒液体的温度升高，换热效果轻微降低，这时U形回路7相对密集才能达到同等的散热效果。这样的排布可以保证铝板表面换热平衡，同时提升液冷散热器的整体换热效率。
在本实施例中，多个U形回路7均处于同一平面，且U形回路7的一端通过一个折弯部连接至出液管9。每个U形回路7折弯部均由U形回路7所在平面向下弯折，且弯折的角度相同。并且，进液管8与出液管9所在平面，与U形回路7所在的平面相互垂直。
在另外的实施例中，多个U形回路7还可以处于两个不同平面，此时U形回路的两条相互平行的管路分别位于两个相互平行的平面中，连接两条相互平行管路的弯曲管路位于两个平面之间。
如图3和图4所示，复合铜管4的管路内壁设置有若干不规则的凸起10，冷媒液体循环时，这些凸起10可扰动减缓液体的流通速度，延长传导导热时间，提升换热效能。
如图1和图2所示，液冷散热器还包括保护罩3，保护罩3固定在两块铝板6上，并盖住进液管8和出液管9，进液口1和出液口2露出保护罩3。优选的，保护罩3还开有透气孔。
两块叠合铝板6的一个外表面用来安装IGBT器件5，该外表面以及两块叠合的铝板6之间均涂覆有导热硅脂，减小接触传导热阻，便于液冷散热器的热交换。
在液冷散热器使用的过程当中，温度较低且加压的冷媒液体从进液口1导入，经过进液管8分散到各个U型回路7，再经过各个U型回路7循环，汇合流通到出液管9，最后从出液口2流出。在整个流通过程中，冷媒液体先吸收铝板上的热量，铝板温度降低之后与温度较高的IGBT器件进行热交换，从而达到给IGBT器件降温散热的目的。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，其特征在于，包含两块铝板(6)以及一个复合铜管(4)；
所述复合铜管(4)镶嵌在两块叠合的铝板(6)中间，所述铝板(6)均开有与所述复合铜管(4)对应的凹槽(11)；
所述复合铜管(4)包含多个并联的U形回路(7)，以及相互平行的进液管(8)和出液管(9)；
所述进液管(8)一端和出液管(9)的一端相互连通，且所述进液管(8)的另一端为进液口(1)，所述出液管(9)的另一端为出液口(2)；所述U形回路(7)的一端连通所述进液管(8)，另一端连通所述出液管(9)。
2.如权利要求1所述的一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，其特征在于：所述进液管(8)一端和出液管(9)的一端同样通过一个U形回路(7)连通。
3.如权利要求1所述的一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，其特征在于：所述多个U形回路(7)等间距排列。
4.如权利要求1所述的一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，其特征在于：所述U形回路(7)距离进液口(1)越远，排布就越密。
5.如权利要求1所述的一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，其特征在于：所述U形回路(7)均处于同一平面，且所述U形回路(7)的一端通过一个折弯部连接至所述出液管(9)，所述U形回路(7)所在的平面垂直于所述进液管(8)与所述出液管(9)所在的平面。
6.如权利要求4所述的一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，其特征在于：所述液冷散热器还包括保护罩(3)，所述保护罩(3)固定在两块铝板(6)上，并盖住所述进液管(8)和所述出液管(9)，所述进液口(1)和所述出液口(2)露出所述保护罩(3)。
7.如权利要求1所述的一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，其特征在于：所述复合铜管(4)的管路内壁设置有若干不规则的凸起(10)。
8.如权利要求1-7任意一项所述的一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，其特征在于：所述两块铝板(6)通过螺钉固定连接。
9.如权利要求1-7任意一项所述的一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，其特征在于：所述复合铜管(4)与所述两块铝板(6)为过盈配合。
10.如权利要求1-7任意一项所述的一种用于大功率IGBT散热的并联管路液冷散热器，其特征在于：两块叠合铝板(6)的一个外表面用来安装IGBT器件(5)，该外表面以及两块叠合的铝板(6)之间均涂覆有导热硅脂。
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