CN110858569A - 用于电力电子装置的分立式冷却通道 - Google Patents
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Abstract
提供了液冷式电力电子装置和制造液冷式电力电子装置的方法。液冷式电力电子装置包括：限定有流体通路的单体式冷却体；单独制造的主壳体，该主壳体具有用于接收冷却体的凹部；以及电路基板，该电路基板具有与冷却体导热接触的电子部件，其中，冷却体被保持在该凹部内、处于主壳体与电路基板之间。这种布置具有与改进的泄漏测试、改进的热性能和减少的报废有关的一个或多个优点。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月24日提交的临时申请No.62/722,261的优先权，其全部内容通过引用合并到本文中。
技术领域
本公开内容涉及液冷式电力电子装置。
背景技术
在各种家用电子装置、工业驱动、电信和电网应用中使用的大功率电子装置需要先进的冷却技术，这些先进的冷却技术利用传统的空气冷却式系统是不可能实现的。在这种应用中，液体冷却提供了实用的方案。然而，电力电子装置模块的液体冷却呈现出重大的挑战。这些挑战包括：密封防泄漏、将冷却流体移动得较接近热生成部件、以及生成冷却流体的湍动，以改进冷却系统的热性能。当前用于大功率电子装置的液冷式系统设计的另一个重大挑战是泄漏测试只能在组装之后进行，导致当检测到泄漏时报废成本相当大。
发明内容
所公开的液冷式电力电子装置克服了上述与已知的冷却系统相关联的问题中的一个或多个问题。
所公开的装置包括：单体式冷却体，该单体式冷却体限定在入口与出口之间的用于冷却介质的流体通路；单独制造的主壳体，该主壳体具有用于接收冷却体的凹部；以及电路基板，该电路基板具有与冷却体热接触的电子部件，其中，冷却体被保持在该凹部内、处于主壳体与电路基板之间。
在本公开内容的某些方面，冷却体是使用本来就测试泄漏的液压成型技术、由单一均质体材料制造的。
在本公开内容的某些其他方面，冷却体的壁设置有表面变形部，以向穿过冷却体的冷却介质的流引入湍动或增强该流的湍动。
鉴于以下详细描述，将更全面地理解这些和其他优点。
附图说明
图1是示出了本文公开的液冷式电力电子装置的各个部件和组装的分解立体图。
图2是在图1中示出的装置的局部截面图。
图3是在图1的液冷式电力电子装置中使用的冷却体的放大立体图。
具体实施方式
在图1中示出了所公开的液冷式电力电子装置的优选实施方式。装置10包括单体式冷却体12，冷却介质通过该冷却体循环，以用于下述目的：从生成热的电气部件吸收热并将热从装置带走，以保持合适的运行温度，这促进了可靠的运行，以用于延长服务寿命。
装置10还包括框架或主壳体14，装置的其他元件附接在该框架或主壳体上。主壳体14包括：被配置成接收冷却体12的凹部16；以及至少一个电路基板18，电路基板具有与冷却体12的表面热接触的有源电子部件。在图1示出的实施方式中，装置10包括两个电路基板18、19，两个电路基板中的每个电路基板均包括与冷却体12的两个相反侧中的一侧热接触的有源电子部件。主壳体14可以被配置成限定窗口或开口46，有源电子部件或电路基板18通过该窗口或开口可以接触冷却体12。使用粘合材料或使用机械紧固件诸如夹子或螺钉(未示出)，可以将电路基板18和19附接到主壳体14。
如果期望的话，可以使用覆盖件20和21对组装好的装置进行封围。可以利用粘合剂、机械紧固件、或焊接(例如，摩擦焊接、超声波焊接等)将覆盖件20、21固定到主壳体14。
可以在单个操作中形成或制造单体式冷却体12，以产生优选地无接缝的、但是可以具有分型线的单件式本体。特别地，冷却体12与主壳体14单独制造。这允许冷却体12由与主壳体14的材料不同的材料制造。这可以具有下述中的任意优点：将所具有的导热率比主壳体14的材料的导热率高的材料用于冷却体12，同时将比冷却体12的材料成本低、强度高和/或重量轻的材料用于主壳体14。
冷却体12包括：流体入口22、流体出口23以及在流体入口22与流体出口23之间的流体通路24(图2和图3)。可以使用本来就包括初始泄漏和压力测试的液压成型工艺制造冷却体12。合适的材料包括韧性金属，诸如铝、黄铜、低合金钢和不锈钢。可以沿着冷却体12的壁设置表面变形部26(例如，凸起的或凹陷的凹痕、脊、沟槽或隆起)，以向穿过通路24的冷却介质的流引入湍动或增加该流的湍动。
冷却体12包括用于从其周围吸收热的外表面28，以及用于将热传递到流过通路24的流体的内表面29。更具体地，在图2中示出的特别的实施方式中，凹部30形成在冷却体12的外表面28上，以保持热界面材料32(例如，热油脂)，该热界面材料帮助或促进从安装在电路基板18、19上的有源电子部件34、35到冷却体12的热传导。
电路基板18和19可以包括薄片材料，薄片材料充当在其上制造和/或组装固态电子装置的刚性基础(例如，电路板)。替代性地，电路基板18和19可以是柔性的。可以将各种有源电子部件34、35制造在电路基板18、19上或者安装到该电路基板。部件34、35的示例包括：MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、GTO(门级可关断晶闸管)、IGBT(绝缘栅双极晶体管)、IGCT(集成门级换流晶闸管)、以及其他电力半导体部件。
以上描述旨在是例示性的而非限制性的。应当参考所附权利要求以及等同物的全部范围来确定本发明的范围。预期并且意指的是，本技术中未来将出现发展，并且所公开的装置、套件和方法将被合并到这种未来的实施方式中。因此，本发明能够进行修改和变化，并且仅受所附权利要求的限制。
Claims (19)
1.一种液冷式电力电子装置，包括：
单体式冷却体，所述单体式冷却体限定有流体入口、流体出口、在所述流体入口与所述流体出口之间的流体通路，所述冷却体具有用于从所述冷却体的周围吸收热的外表面和用于将热传递到流过所述通路的流体的内表面，其中，沿着所述冷却体的壁设置有变形部，以向穿过所述冷却体的冷却介质引入湍动或增加所述冷却介质的湍动；
主壳体，所述主壳体具有被配置成接收所述冷却体的凹部；以及
第一电路基板，所述第一电路基板具有与所述冷却体的第一侧的外表面热接触的第一有源电子部件，其中，所述冷却体被保持在所述凹部内、处于所述主壳体与电路基板之间。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括具有第二有源电子部件的第二电路基板，所述第二有源电子部件在所述冷却体的与所述冷却体的第一侧相反的第二侧上与所述冷却体的外表面热接触。
3.根据权利要求1所述的装置，还包括用以将所述冷却体和第一电路基板封围在所述主壳体内的覆盖件。
4.根据权利要求2所述的装置，还包括：第一覆盖件，所述第一覆盖件用以将所述冷却体和第一电路基板封围在所述主壳体内；以及第二覆盖件，所述第二覆盖件用以将所述第二电路基板封围在所述主壳体内。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述冷却体由所具有的导热率比用来制造所述主壳体的材料的导热率高的材料制造。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述主壳体由所具有的强度比用来制造所述冷却体的材料的强度大的材料制造。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述冷却体由所具有的导热率比用来制造所述主壳体的材料的导热率高的材料制造。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述冷却体由铝制造。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述冷却体由低合金钢制造。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述冷却体由不锈钢制造。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，在所述冷却体的外表面上形成有凹部，并且在所述凹部中设置有热界面材料，以促进从所述有源电子部件到所述冷却体的热传导。
12.一种制造液冷式电力电子装置的方法，包括：
液压成型单体式冷却体，所述单体式冷却体限定有流体入口、流体出口、在所述流体入口与所述流体出口之间的流体通路，所述冷却体具有用于从所述冷却体的周围吸收热的外表面和用于将热传递到流过所述通路的流体的内表面，其中，沿着所述冷却体的壁设置有变形部，以向穿过所述冷却体的冷却介质引入湍动或增加所述冷却介质的湍动；
将液压成型的单体式冷却体定位在主壳体的被配置成接收所述冷却体的凹部中；以及
定位具有第一有源电子部件的第一电路基板，使所述第一有源电子部件与所述冷却体的第一侧的外表面热接触，其中，所述冷却体保持在凹部内、处于所述主壳体与所述电路基板之间。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，由所具有的导热率比用来制造所述主壳体的材料的导热率高的材料制造所述冷却体。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，由所具有的强度比用来制造所述冷却体的材料的强度大的材料制造所述主壳体。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，由所具有的导热率比用来制造所述主壳体的材料的导热率高的材料制造所述冷却体。
16.根据权利要求12所述的装置，其中，由铝制造所述冷却体。
17.根据权利要求12所述的装置，其中，由低合金钢制造所述冷却体。
18.根据权利要求12所述的装置，其中，由不锈钢制造所述冷却体。
19.根据权利要求12所述的装置，其中，在所述冷却体的外表面上形成凹部，并且在所述凹部中设置热界面材料，以促进从所述有源电子部件到所述冷却体的热传导。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080236794A1 (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-02 | Dk Innovations Inc. | Heat-removal device |
| US20090316360A1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-12-24 | International Business Machines Corporation | Cooling apparatus and method of fabrication thereof with a cold plate formed in situ on a surface to be cooled |
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| US20170151641A1 (en) * | 2015-11-26 | 2017-06-01 | Asia Vital Components Co., Ltd. | Heat dissipation unit manufacturing method |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080236794A1 (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-02 | Dk Innovations Inc. | Heat-removal device |
| US20090316360A1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-12-24 | International Business Machines Corporation | Cooling apparatus and method of fabrication thereof with a cold plate formed in situ on a surface to be cooled |
| US20160153682A1 (en) * | 2013-07-19 | 2016-06-02 | Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives | A solar absorber body for a concentrating solar power system and a method for manufacturing a solar absorber body |
| US20170151641A1 (en) * | 2015-11-26 | 2017-06-01 | Asia Vital Components Co., Ltd. | Heat dissipation unit manufacturing method |
| US20180058777A1 (en) * | 2016-08-26 | 2018-03-01 | Intel Corporation | Heat exchanger puck |
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