CN203368294U - 基于热管散热器的功率单元阀体结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为基于热管散热器的功率单元阀体结构，长方体金属框架为三层，上层一侧安装风扇。绝缘栅双极晶体管IGBT排为一列固装于长方体铝基安装块的一个侧面，该面覆有铜基表面。直流电容固定于金属框架下层，直流母排连接IGBT和直流电容。若干热管的下段插在铝基安装块的竖孔内。热管的上段装有散热翅片，处于金属框架上层、与风扇相对。金属框架的中层下方的隔板与铝基安装块的间距为15mm～25mm。热管的下段与下段之间为倾斜的中段。热管内的液态的冷却介质体积占热管总容量的10～25%。本新型散热能力强，体积小，连接直流电容和IGBT直流母排短小；隔板空间隔离铝基安装块和直流电容，降低了IGBT发热影响，提高了功率单元的工作寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及功率单元阀体结构，具体为一种基于热管散热器的功率单元阀体结构。
背景技术
在电网控制柜或大型耗电设备的控制柜中都有要用到功率单元阀体。控制柜内的温度一般不得超过65℃，才能保证电子系统运行的可靠性。据研究每超过10℃，整个电子系统的可靠性就要降低50%。因此功率单元的散热器受到重视。
目前的功率单元阀体结构主要采用铝散热器进行强迫风冷，铝散热器必须加大体积和面积才能增强散热能力。由于功率单元阀体要安装在控制柜内，柜内空间有限，为了其它电子器件的安装，散热器的体积受到限制，配置的风扇的尺寸与功率也受到限制，铝散热器散热能力和散热速度均难以进一步提高，无法满足功率单元阀体的散热要求。
也有的功率单元阀体设计采用水冷散热器，但水冷散热器价格高，日常维护繁复，故减低了功率单元阀体产品整体性价比，难以推广使用。
且在风冷和水冷散热的设计中直流电容和绝缘栅双极晶体管(IGBTInsulated Gate Bipolar Transistor)同一高度安装，同层散热器一般置于它们的一侧，直流电容通过直流母排与IGBT连接。此种设计增加直流母排的长度，提高了成本。而且由于热量是从下向上和向侧面传导，IGBT的发热会影响到直流电容，影响功率单元阀体工作的稳定性，也会降低功率单元阀体的使用寿命。
近年也出现了一些基于热管散热器的功率单元阀体，如申请号为201010101985.9的中国发明专利申请“一种用于功率单元模块的散热器”，申请号为201020554945.5的中国实用新型专利“一种用于功率单元模块的散热器”，它们的方案散热器体积较小，散热效果改善，但热管的下端固定连接于安装板的端面，还是无法很好地带走安装于安装板下方的发热元件的热量。申请号为201120178764.1的中国实用新型专利“一种高压大功率变频器功率单元用的热管散热器”其热管下方的水平段紧靠IGBT可迅速吸收其热量，但IGBT与直流电容母排连接长度及IGBT对其它电子元器件影响的问题并未解决。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种基于热管散热器的功率单元阀体结构，金属框架将阀体分为三层，下层固定直流电容、中层嵌有固定绝缘栅双极晶体管(IGBT)的铝基安装块，上层安装风扇，热管下段插入中层的铝基安装块，热管上段固定有散热翅片，处于风扇对面。体积小，散热效率高。
本实用新型设计的基于热管散热器的功率单元阀体结构，包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、直流电容、热管散热器和风扇，直流母排连接绝缘栅双极晶体管和直流电容，绝缘栅双极晶体管固定于铝基安装块上。金属框架为长方体框架，分为三层，铝基安装块嵌于中层，上层一侧为风扇安装架，其上安装风扇。铝基安装块为长方体，绝缘栅双极晶体管排为一列，固定安装于该铝基安装块的一个侧面。直流电容固定于金属框架下层，处于铝基安装块的正下方，金属框架外侧的直流母排连接中层的绝缘栅双极晶体管和下层的直流电容。铝基安装块上有多个竖孔，若干热管的下段插在铝基安装块的竖孔内。热管的上段安装有散热翅片，处于金属框架上层、与风扇相对的一侧。
为了更好地传导热，铝基安装块长方体的一个侧面覆有铜基表面。绝缘栅双极晶体管贴靠于该侧面的铜基表面、并与之固定。
金属框架的中层下方有隔板，隔板与铝基安装块的间距为15mm～25mm。直流电容固定于隔板下方。直流电容和绝缘栅双极晶体管之间有隔板和空隙，空间隔离避免绝缘栅双极晶体管的热量对直流电容的影响。
金属框架的上层有风扇安装架，其上可安装1～6台风扇，对热管上段的散热翅片直吹，有效散热。
所述风扇为功率轴流风扇。
铝基安装块长方体的竖孔为平行的2～4排，各排竖孔与安装绝缘栅双极晶体管的铝基安装块的表面平行。
所述处于金属框架上层的若干热管的上段竖直排列，其上安装的多层散热翅片相互平行,散热翅片之间的间距为3mm～10mm。散热翅片与水平面的交角为0°。
所述热管的下段与下段之间为倾斜的中段，热管中段与水平面的交角为10°～20°。
所述热管内的冷却介质液态的体积占热管总容量的10～25%。
当功率单元通电工作时，绝缘栅双极晶体管产生的热量传递到导热性能良好的铜基表面，迅速传到铝基安装块，其内的下段热管中的冷却介质受热沸腾蒸发，冷却介质蒸气经中段上升到上段，上升过程将热量传递到热管管壁和散热片，风扇直吹散热翅片使其强迫风冷，冷却介质蒸气失去热量后在上段冷凝为液体，重力使冷却介质又沿热管管壁流经中段返回到下段。
与已有技术相比，本实用新型基于热管散热器的功率单元阀体结构的优点体现在：1、热管直插入IGBT的铝基安装块内，散热能力强，提高了IGBT的电流利用率，同等散热要求下相对于铝散热器体积可小近1/3，在控制柜内所需的安装空间减小，为整机中其它元器件的安装提供空间，提高了控制柜元器件安装的灵活性及简洁性；2、多台大尺寸功率轴流风扇对散热翅片进行风冷直吹散热，增加了风量，提高了散热能力；3、直流电容固定于安装IGBT的铝基安装块正下方，连接二者的直流母排所需长度短小，节省直流母排；4、直流电容和IGBT分别安装于下层和中层，之间有金属框架的隔板、空间隔离大大降低了IGBT发热影响直流电容而造成的不稳定，提高了功率单元的工作寿命。
附图说明
图1为本基于热管散热器的功率单元阀体结构实施例的正视图；
图2为本基于热管散热器的功率单元阀体结构实施例的侧视图；
图3为本基于热管散热器的功率单元阀体结构实施例的安装了IGBT的铝基安装块和热管的立体示意图。
图中标号为：1、金属框架，2、风扇，3、铝基安装块，4、绝缘栅双极晶体管(IGBT)，5、直流母排，6、直流电容，7、隔板，8、散热翅片，9、热管。
具体实施方式
本基于热管散热器的功率单元阀体结构实施例如图1至3所示，本例镀锌铁板制成的金属框架1为长方体框架，分为三层。铝基安装块3为长方体，厚为80mm，其一侧面覆有厚2mm的铜基表面。铝基安装块3嵌于金属框架1中层，铜基表面有螺孔，用以固定安装绝缘栅双极晶体管(IGBT)4。本例铜基表面固定有一排三个绝缘栅双极晶体管4，绝缘栅双极晶体管4贴靠于该侧面的铜基表面、并与之固定连接。金属框架1中层的下方有镀锌铁板为隔板7，本例隔板7与铝基安装块3的间距为20mm。直流电容6固定于隔板7下方的金属框架1的下层。直流母排5在金属框架1外侧连接中层的绝缘栅双极晶体管4和下层的直流电容6。
本例铝基安装块3上有平行的2排竖孔，每排为8个竖孔、与安装绝缘栅双极晶体管4的侧面平行。16根热管9的下段分别插入铝基安装块3的竖孔内。所述热管9的下段上方为与水平面的交角为15°的向上倾斜的中段，热管9中段上方为安装有散热翅片8的热管9的上段，热管9上段处于金属框架1上层、与风扇2相对。处于金属框架1上层的16根热管9的上段竖直排列，其上安装的多层散热翅片8相互平行,散热翅片8之间的间距为5mm。散热翅片8水平面的交角为0°，即为水平安装。所述热管9内的冷却介质液态的体积占热管9总容量的10～15%。
金属框架1上层一侧为风扇安装架，与散热翅片8相对。本例风扇安装架有4个矩形框，安装4台风扇2，均为功率轴流风扇。
上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于热管散热器的功率单元阀体结构，包括绝缘栅双极晶体管、直流电容、热管散热器和风扇，直流母排连接绝缘栅双极晶体管和直流电容，绝缘栅双极晶体管固定于铝基安装块上；其特征在于：
金属框架（1）为长方体框架，分为三层，铝基安装块（3）嵌于中层，上层一侧为风扇安装架，其上安装风扇（2）；铝基安装块（3）为长方体，绝缘栅双极晶体管（4）排为一列，固定安装于该铝基安装块（3）的一个侧面；直流电容（6）固定于金属框架（1）下层，处于铝基安装块（3）的正下方，金属框架（1）外侧的直流母排（5）连接中层的绝缘栅双极晶体管（4）和下层的直流电容（6）；铝基安装块（3）上有多个竖孔，若干热管（9）的下段插在铝基安装块（3）的竖孔内，热管（9）的上段安装有散热翅片（8），处于金属框架（1）上层、与风扇（2）相对的一侧。
2.根据权利要求1所述的基于热管散热器的功率单元阀体结构，其特征在于：
所述铝基安装块（3）长方体的一个侧面覆有铜基表面，绝缘栅双极晶体管（4）贴靠于该侧面的铜基表面、并与之固定。
3.根据权利要求1所述的基于热管散热器的功率单元阀体结构，其特征在于：
所述金属框架（1）的中层下方有隔板（7），隔板（7）与铝基安装块（3）的间距为15mm～25mm，直流电容（6）固定于隔板（7）下方。
4.根据权利要求1所述的基于热管散热器的功率单元阀体结构，其特征在于：
所述金属框架（1）的上层有风扇安装架，其上安装1～6台风扇（2）。
5.根据权利要求4所述的基于热管散热器的功率单元阀体结构，其特征在于：
所述风扇（2）为功率轴流风扇。
6.根据权利要求1所述的基于热管散热器的功率单元阀体结构，其特征在于：
所述铝基安装块（3）长方体的竖孔为平行的2～4排，各排竖孔与安装绝缘栅双极晶体管（4）的侧面平行。
7.根据权利要求1所述的基于热管散热器的功率单元阀体结构，其特征在于：
所述处于金属框架（1）上层的若干热管（9）的上段竖直排列，其上安装的多层散热翅片（8）相互平行,散热翅片（8）之间的间距为3mm～10mm。
8.根据权利要求7所述的基于热管散热器的功率单元阀体结构，其特征在于：
所述散热翅片（8）与水平面的交角为0°。
9.根据权利要求1所述的基于热管散热器的功率单元阀体结构，其特征在于：
所述热管（9）的下段与下段之间为倾斜的中段，热管（9）中段与水平面的交角为10°～20°。
10.根据权利要求1所述的基于热管散热器的功率单元阀体结构，其特征在于：
所述热管（9）内的冷却介质液态的体积占热管（9）总容量的10～25%。
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