CN205211737U - 一种igbt模块水冷散热器 - Google Patents

Abstract

一种IGBT模块水冷散热器，呈立式布置的板状，包括前后顺次层叠并固定为一体的第一散热面板、中间隔板和第二散热面板，两块散热面板朝向中间隔板的一侧板面上分别开设冷却水流道，冷却水流道呈螺旋形盘绕，其先从螺旋外缘向内盘绕至螺旋的中心，形成冷却水流道的进水段，再从螺旋的中心紧贴进水段反向盘绕至螺旋的外缘，形成冷却水流道的出水段，冷却水流道的进水端与开设在水冷散热器上端面的进水口连通，冷却水流道的出水端与开设在水冷散热器上端面的出水口连通，两块散热面板背向中间隔板的一侧板面上，对应冷却水流道安装IGBT模块。本装置提高了单块散热器的散热效率，散热器的均温性好，单位冷却容量高，减小了散热器的整体重量。

Description

一种IGBT模块水冷散热器

技术领域

本实用新型涉及水冷散热领域，尤其涉及一种高压电气动态无功补偿装置(SVG)上的IGBT功率模块冷却用的水冷散热器。

背景技术

IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

随着高压直流及交流输电技术的不断发展，IGBT功率模块对散热模块的要求越来越高，散热量越来越大。

现有SVG上的IGBT功率模块散热方式主要有空冷散热和水冷散热两种。空冷散热装置适用于小容量的IGBT功率模块散热，散热器基板外侧为安装面，对翅片进行强迫对流散热；水冷散热装置适用于较大容量的IGBT功率模块，水冷散热器一侧板面为安装面，流体在水冷散热器内部进行对流换热。

目前的IGBT水冷散热器采用水冷板单面冷却形式，水冷板内部多为川字形或者S形流道。单面冷却形式散热效率低下，并且川字形和S形流道水冷散热器均温性较差，无法适应大容量IGBT功率模块的散热需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种IGBT模块水冷散热器，该水冷散热器采用双面散热结构，散热结构紧凑，并且采用长流道，冷热流交错换热的冷却水流道，散热器的均温性好，散热效率高。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种IGBT模块水冷散热器，其特征在于：

所述水冷散热器呈立式布置的板状，包括前后顺次层叠并固定为一体的第一散热面板、中间隔板和第二散热面板，

第一散热面板和第二散热面板朝向中间隔板的一侧板面上分别开设冷却水流道，

冷却水流道呈螺旋形盘绕，其水道先从螺旋外缘向内盘绕至螺旋的中心，形成冷却水流道的进水段，再从螺旋的中心紧贴进水段反向盘绕至螺旋的外缘，形成冷却水流道的出水段，

冷却水流道的进水端与开设在水冷散热器上端面的进水口连通，冷却水流道的出水端与开设在水冷散热器上端面的出水口连通，

第一散热面板和第二散热面板背向中间隔板的一侧板面上，对应冷却水流道安装IGBT模块。

本装置采用双面冷却的散热器结构，板状散热器的两个板面均为工作面，两块导热性能良好的金属散热面板之间通过中间隔板分隔开，两散热面板上的冷却水流道相互独立，每块散热面板分别针对其外露板面的一个或多个IGBT模块进行散热，增大了散热器的单位冷却容量，并且，带压力的冷却水在螺旋形的冷却水流道流动过程中，进水水流和出水水流多圈相互盘绕，相对低温的进水还能够与相对高温的出水进行充分的热交换，从而促使散热面板的温度分布更均匀，避免局部区域温度过高，IGBT模块发热量无法及时被导出的情况。

进一步的，绕进水口、出水口外部，在水冷散热器上端面上分别开设一圈排水槽，沿水冷散热器高度方向，在第一散热面板和第二散热面板内分别开设排水道，排水道上端与排水槽槽底最低处连通，下端位于水冷散热器下端面上。排水槽及排水道具有防漏水功能，当拆装进水口、出水口上的进、出水管时，偶尔有流体从进水口、出水口溢出时，可以通过排水槽及排水道，在自身重力作用下，从排水道排出，避免溢水流到散热器的外露板面上，导致IGBT模块短路。

再进一步，为便于加工和装配，所述第一散热面板和第二散热面板上的冷却水流道关于中间隔板呈镜面对称。并且，第一散热面板和第二散热面板上的冷却水流道共用一个进水口和一个出水口，第一散热面板和第二散热面板上的冷却水流道分别通过各自的管路与进水口和出水口相连通。中间隔板在分隔开不同散热面板上的冷却水流道的同时，在进水口和出水口处，中间隔板开设相匹配的缺口，使第一散热面板和第二散热面板能够共用进水口和出水口。

再进一步，所述第一散热面板和第二散热面板为6系铝合金板，中间隔板为钎料板，第一散热面板、中间隔板和第二散热面板钎焊固定为一体。焊接好之后对散热器表面进行打磨、抛光。6系铝合金的主要合金材料包括铝，镁和硅。其主要特点是：中等强度，具有良好的塑性和优良的耐蚀性。特别是无应力腐蚀开裂倾向，其焊接性优良，耐蚀性及冷加工性好。非常适合用于制造板状水冷型散热器。

再进一步，所述冷却水流道呈长方形螺旋，每块第一散热面板和第二散热面板上分别上、下呈矩阵状并列开设多个相互独立的冷却水流道，在每个冷却水流道的长方形螺旋两端，分别安装一个IGBT模块。这种布置结构紧凑，一个散热器上可以同时对多个IGBT模块散热，有利于进一步提高散热器的单位冷却容量。

再进一步，所述第一散热面板和第二散热面板朝向中间隔板的一侧板面上分别开设增阻分支管，进水口通过增阻分支管与冷却水流道的进水端连通。冷却水的流阻必须控制在一设定范围内，流阻过小，冷却水流道中的水流量会不均匀，影响散热效率，流阻过大，又需要配置功率更大的压力水泵。因此，当某些尺寸的散热器的计算流阻过小时，可以考虑在进水口和冷却水流道之间设置增阻分支管，达到增大流阻的目的。

本实用新型的有益效果在于：

1、散热器的双面散热结构，明显提高了单块散热器的散热效率，并且散热结构紧凑，单位冷却容量高，减小了散热器的整体重量；

2、螺旋形的长流道不仅散热效率高，并且冷热流交错换热方式，散热器的均温性好，散热可靠性高；

3、两块散热面板上的冷却水流道呈镜面对称开设，不仅便于加工和装配，而且可以使两块散热板共用同一个进水口和同一个出水口，装置的结构更加紧凑；

4、排水槽及排水道具有防漏水功能，避免溢水流到散热器的外露板面上，引起IGBT模块短路等危害。

附图说明

图1为本散热器一种优选结构的立体示意图

图2为图1中虚线圈内部分的放大示意图

图3为图1的正视图

图4为图3中A-A向的剖视图

图5为图1中第二散热面板的正视图

图6为图1中第一散热面板的正视透视图

图1～6中：1为IGBT模块，2为第二散热面板，3为第一散热面板，4为中间隔板，5为进水口，6为出水口，8为冷却水流道，9为增阻分支管，10为排水槽，11为排水道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1～2所示，本装置水冷散热器呈立式布置的板状，包括前后顺次层叠并固定为一体的第一散热面板3、中间隔板4和第二散热面板2，第一散热面板3外露板面上成排开设的螺纹孔为IGBT模块1的安装孔。第一散热面板3和第二散热面板2为6系铝合金板，中间隔板4为钎料板，第一散热面板3、中间隔板4和第二散热面板2钎焊固定为一体。

如图5～6所示，第一散热面板3和第二散热面板2朝向中间隔板4的一侧板面上分别上、下并列开设两个相互独立的冷却水流道8，冷却水流道8呈长方形螺旋形盘绕，其水道先从螺旋外缘向内盘绕至螺旋的中心，形成冷却水流道8的进水段，再从螺旋的中心紧贴进水段反向盘绕至螺旋的外缘，形成冷却水流道8的出水段，冷却水流道8的进水端与开设在水冷散热器上端面的进水口5连通，冷却水流道8的出水端与开设在水冷散热器上端面的出水口6连通，第一散热面板3和第二散热面板2背向中间隔板4的一侧板面上，对应每个冷却水流道8的长方形螺旋两端，分别安装一个IGBT模块1，如图3～4所示。

如图1～2所示，绕进水口5、出水口6外部，在水冷散热器上端面上分别开设一圈排水槽10，沿水冷散热器高度方向，在第一散热面板3和第二散热面板2内分别开设排水道11，排水道11上端与排水槽10槽底最低处连通，下端位于水冷散热器下端面上。

如图5～6所示，第一散热面板3和第二散热面板2上的冷却水流道8关于中间隔板4呈镜面对称，第一散热面板3和第二散热面板2上的冷却水流道8共用一个进水口5和一个出水口6。

如图5～6所示，第一散热面板3和第二散热面板2朝向中间隔板4的一侧板面上分别开设增阻分支管9，用于调整冷却水流道8内的流阻，进水口5通过增阻分支管9与冷却水流道8的进水端连通。

Claims (6)

1.一种IGBT模块水冷散热器，其特征在于：

所述水冷散热器呈立式布置的板状，包括前后顺次层叠并固定为一体的第一散热面板(3)、中间隔板(4)和第二散热面板(2)，

第一散热面板(3)和第二散热面板(2)朝向中间隔板(4)的一侧板面上分别开设冷却水流道(8)，

冷却水流道(8)呈螺旋形盘绕，其水道先从螺旋外缘向内盘绕至螺旋的中心，形成冷却水流道(8)的进水段，再从螺旋的中心紧贴进水段反向盘绕至螺旋的外缘，形成冷却水流道(8)的出水段，

冷却水流道(8)的进水端与开设在水冷散热器上端面的进水口(5)连通，冷却水流道(8)的出水端与开设在水冷散热器上端面的出水口(6)连通，

第一散热面板(3)和第二散热面板(2)背向中间隔板(4)的一侧板面上，对应冷却水流道(8)安装IGBT模块(1)。

2.根据权利要求1所述的IGBT模块水冷散热器，其特征在于：绕进水口(5)、出水口(6)外部，在水冷散热器上端面上分别开设一圈排水槽(10)，沿水冷散热器高度方向，在第一散热面板(3)和第二散热面板(2)内分别开设排水道(11)，排水道(11)上端与排水槽(10)槽底最低处连通，下端位于水冷散热器下端面上。

3.根据权利要求1所述的IGBT模块水冷散热器，其特征在于：所述第一散热面板(3)和第二散热面板(2)上的冷却水流道(8)关于中间隔板(4)呈镜面对称，第一散热面板(3)和第二散热面板(2)上的冷却水流道(8)共用一个进水口(5)和一个出水口(6)。

4.根据权利要求1所述的IGBT模块水冷散热器，其特征在于：所述第一散热面板(3)和第二散热面板(2)为6系铝合金板，中间隔板(4)为钎料板，第一散热面板(3)、中间隔板(4)和第二散热面板(2)钎焊固定为一体。

5.根据权利要求1所述的IGBT模块水冷散热器，其特征在于：所述冷却水流道(8)呈长方形螺旋，每块第一散热面板(3)和第二散热面板(2)上分别上、下呈矩阵状并列开设多个相互独立的冷却水流道(8)，在每个冷却水流道(8)的长方形螺旋两端，分别安装一个IGBT模块(1)。

6.根据权利要求1所述的IGBT模块水冷散热器，其特征在于：所述第一散热面板(3)和第二散热面板(2)朝向中间隔板(4)的一侧板面上分别开设增阻分支管(9)，进水口(5)通过增阻分支管(9)与冷却水流道(8)的进水端连通。