CN211457851U - 电力电子功率单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电力电子功率单元，包括：散热基板；竖直设置于所述散热基板第一表面的多个散热翅片，所述散热翅片为复合板式结构，具有竖直分布的至少两个相对独立的封闭散热管路，各散热管路内均填充有导热媒质；以及设置于所述散热基板第二表面的至少两个功率器件，所述散热基板的第二表面与第一表面相对设置；其中，各功率器件分别与所述散热翅片内导热媒质在水平方向上的投影至少部分重合。本实用新型的电力电子功率单元在散热翅片上设置至少两路相对独立的散热管路，各散热管路竖直分布，使得多个功率器件的安装位置与散热翅片中的导热媒质对应(至少部分重合)，进而提高散热效果、减小成本；同时，本实用新型的电力电子功率单元集成度高，体积小，功率密度高。

Description

电力电子功率单元

技术领域

本实用新型涉及热交换领域，特别是涉及一种电力电子功率单元。

背景技术

PCI(相变抑制传热技术)散热器由散热基板和PCI散热翅片组成，通常功率器件贴设于散热基板上，理想状态下，功率器件工作时产生的热量通过散热基板传递到PCI散热翅片上，利用PCI的超低热阻特性，使得热量可以迅速地均匀地散布在整个翅片表面上，从而为采用空气对流方式将热量散到外界环境中提供了有利条件。

但是，当PCI散热翅片竖直设置使用时，由于重力作用，其内部管路中的传热工质会集中于PCI散热翅片的中下部，而中上部管路内无传热工质，因此为了确保散热效果，功率器件只能局限贴设于散热基板的中下部。当电路结构复杂、功率器件数量较多时，或需要增加散热器体积，或需要增加散热器数量，以上两种方案均需增加PCI散热翅片的数量，这不但会导致整个装置体积和重量的增大，更大大增加了装置成本。

因此，在功率器件数量较多的情况下，如何同时确保散热效果及成本已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种电力电子功率单元，用于解决现有技术中功率器件数量较多的情况下，散热效果和成本不能兼顾的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种电力电子功率单元，所述电力电子功率单元至少包括：

散热基板；

竖直设置于所述散热基板第一表面的多个散热翅片，所述散热翅片为复合板式结构，具有竖直分布的至少两个相对独立的封闭散热管路，各散热管路内均填充有导热媒质；

以及设置于所述散热基板第二表面的至少两个功率器件，所述散热基板的第二表面与第一表面相对设置；

其中，各功率器件分别与所述散热翅片内导热媒质在水平方向上的投影至少部分重合。

可选地，所述电力电子功率单元还包括设置于所述散热基板第二表面的储能电容、功率器件驱动器及母排。

更可选地，所述电力电子功率单元包括第一功率器件及第二功率器件，所述散热基板的第二表面还设置有储能电容、第一功率器件驱动器、第二功率器件驱动器及母排；所述第二功率器件驱动器、所述第二功率器、所述储能电容、所述第一功率器件驱动器及所述第一功率器件自上而下依次设置。

更可选地，所述散热翅片的第一表面及与第一表面相对的第二表面均形成有与各散热管路相对应的凸起结构。

更可选地，所述散热翅片的第一表面及与第一表面相对的第二表面分别形成有与各散热管路相对应的凸起结构。

可选地，所述散热翅片的第一表面形成有与各散热管路相对应的凸起结构，与第一表面相对的第二表面为光滑面。

更可选地，所述散热基板表面形成有插设各散热翅片的沟槽。

更可选地，所述导热媒质包括气体或液体或气体与液体的混合物。

更可选地，所述散热基板内埋设有烧结芯热管。

更可选地，所述散热翅片为相变抑制散热板。

如上所述，本实用新型的电力电子功率单元，具有以下有益效果：

1、本实用新型的电力电子功率单元在散热基板上下部分均可设置功率器件，避免电路布局的局限性，灵活性大；且电力电子功率单元集成度高，体积小，功率密度高；

2、本实用新型的电力电子功率单元在散热基板上设置有直流储能电容，以减小换流回路电感；上下部分功率模块可共用直流储能电容，系统紧凑；

3、本实用新型的电力电子功率单元中散热管路的高度尺寸依据电路中功率器件的数量进行设置，散热管路的深度尺寸依据功率器件损耗，以满足散热需求；

4、本实用新型的电力电子功率单元将多路相互独立的散热管路集成在一个散热翅片上，减少散热翅片数量，降低装置成本。

附图说明

图1显示为本实用新型的电力电子功率单元的侧视示意图。

图2显示为本实用新型的散热翅片的一种俯视示意图。

图3显示为本实用新型的散热翅片的另一种俯视示意图。

图4显示为本实用新型的散热翅片的一侧侧视示意图。

图5显示为本实用新型的散热翅片的另一侧侧视示意图。

元件标号说明

1 电力电子功率单元

11 散热基板

12 散热翅片

121 第一散热管路

122 第二散热管路

131 第一功率器件

132 第二功率器件

14 储能电容

151 第一功率器件驱动器

152 第二功率器件驱动器

16 母排

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种电力电子功率单元1，所述电力电子功率单元1包括：

散热基板11，多个散热翅片12及至少两个功率器件。

如图1所示，所述散热基板11用于安装所述散热翅片12及所述功率器件。

具体地，在本实施例中，所述散热基板11为扁平结构，所述散热基板11的第一表面设置有用于插设各散热翅片12的沟槽(图中未显示)，第二表面用于贴置所述功率器件13，所述散热基板11的第一表面与第二表面相对设置。各沟槽在所述散热基板11的第一表面沿竖直方向延伸，沿水平方向间隔排布；在本实施例中，各沟槽与所述散热基板11的表面相垂直。

作为本实用新型的一种实现方式，所述散热基板11内埋设有烧结芯热管(未示出)。所述烧结芯热管为由一定目数的金属粉末烧结在一金属管的内壁上而形成的与管壁一体的烧结粉末管芯，烧结于所述金属管内部上的金属粉末形成吸液芯毛细结构，使得所述烧结芯热管具有较高的毛细抽吸力，使所述烧结芯热管的导热方向不受重力的影响，且烧结吸液芯毛细结构强化了蒸发吸热和冷凝放热，较大地提高了热管的导热能力和传输功率，使得所述烧结芯热管具有较大的轴向当量导热系数(是铜的几百倍到上千倍)。在所述散热基板11内埋设所述烧结芯热管，可以使得设置于所述散热基板11表面的发热器件产生的热量快速扩散至所述散热基板11的其他位置，使得所述散热基板11上热分布比较均匀，有效地提高了所述散热基板11的散热效率和散热能力。

如图1所示，各散热翅片12竖直设置于所述散热基板11的第一表面，所述散热翅片12为复合板式结构，具有竖直分布的至少两个相对独立的封闭的散热管路，各散热管路内填充有导热媒质。

需要说明的是，本实施例所述的“竖直”是指在长度方向上与水平面具有90°夹角或略小于90°，“竖直”仅表示一种设置方向，与“横向设置”对应区分。作为示例，各散热翅片长度方向与水平面的夹角介于60°～90°之间，在实际使用中可基于实际需要设置各散热翅片长度方向与水平面的夹角。

具体地，如图2所示，所述散热翅片12设置于所述散热基板11第一表面的沟槽内，且与所述散热基板11的第一表面相垂直。所述散热翅片12与所述散热基板11的连接方式包括但不限于压封、胶粘或焊接，在本实施例中，通过焊接的方式可减小各散热翅片12与所述散热基板11之间的热阻，提高热传导效率。各散热翅片12形成一行多列的阵列结构，所述散热翅片12的数量可根据实际需要及所述散热基板11的面积进行设置，在此不一一赘述。

具体地，如图1所示，在本实施例中，各散热翅片12上设置有两个封闭的散热管路，分别记为第一散热管路121及第二散热管路122，在实际使用中，可根据实际需要设置所述散热管路的数量。所述第一散热管路121与所述第二散热管路122相对独立设置，且所述第二散热管路122位于所述第二散热管路121的上方。各散热管路中填充有导热媒质以便于热传导，所述导热媒质包括但不限于流体，优选地，所述导热媒质可以为气体或液体或气体与液体的混合物，更为优选地，本实施例中，所述导热媒质为液体与气体的混合物。对于存在多个功率器件的情况，通过多个散热管路的分布设置，使得功率器件的安装位置与导热媒质对应，进而使得功率器件的设置灵活性增大，避免电路布局的局限性，由此在确保散热效果的同时降低成本。如图1所示，各散热管路在散热翅片12表面的投影为六边形蜂窝状，在实际使用中，各散热管路的投影包括但不限于圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形、圆环形、纵横交错的网状中一种或一种以上的组合，在此不一一赘述。

具体地，如图2所示，各散热翅片12为单面具有散热管路的结构，各散热翅片12的第一表面形成有与各散热管路相对应的凸起结构，各散热翅片12的第二表面为光滑面。各散热翅片12具有散热管路的一面的朝向可根据需要进行设置，不限于朝向同一方向。本实施例中，各散热翅片12采用单面吹胀工艺制成，即各散热翅片12包括复合在一起的第一板材及第二板材，所述第一板材与所述第二板材之间充入高压流体以使得其中一块板凸起形成管路，具体制作步骤在此不一一赘述。

需要说明的是，在本实施例中，所述散热基板11及所述散热翅片12的材质为铝，在实际使用中，任意可传递热量的材质均适用于本实用新型的所述散热基板11及所述散热翅片12，包括但不限于铜、铜合金、铝、铝合金、铁、铁合金中一种或一种以上的组合，在此不一一赘述。

作为本实用新型的一种实现方式，各散热翅片12的与第一表面相对的第二表面还设置有若干散热部件。所述散热部件竖直设置于各散热翅片12的第二表面，各散热部件平行间隔排布，进一步扩大散热面积。所述散热部件与所述散热翅片12通过焊接的方式固定在一起，或所述散热部件通过吹胀板管路剖开形成(即所述散热翅片12包括复合在一起的第一板材、第二板材及第三板材，所述第一板材与所述第二板材之间充入高压流体以使得第一板材凸起形成散热管路121，所述第二板材与所述第三板材之间充入高压流体以使得第三板材凸起并剖开凸起形成散热部件)，在此不一一赘述。

需要说明的是，所述散热翅片12可采用热超导传热板，通过所述散热翅片12内的导热媒质的蒸发与冷凝相变实现热超导传热的热管技术。或者，所述散热翅片12采用相变抑制散热板，所述散热翅片12内的导热媒质在传热的过程中沸腾或冷凝被抑制，并在此基础上达到工质微结构的一致性，进而实现高效的相变抑制(PCI)传热。

如图1所示，各功率器件贴置于所述散热基板11的第二表面，各功率器件分别与所述散热翅片11内导热媒质在水平方向上的投影至少部分重合。

需要说明的是，所述功率器件包括单个功率器件或集成若干(2个及以上)功率器件的模块。所述功率器件的类型包括但不限于IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金氧半场效晶体管)、二极管，在此不一一赘述。

具体地，在本实施例中，所述散热基板11的第二表面贴置两个功率器件，分别记为第一功率器件131及第二功率器件132，在实际使用中，可根据实际需要设置所述功率器件的数量。在本实施例中，所述第一功率器件131设置于所述散热基板11第二表面的中下部，所述第一功率器件131在水平方向上的投影高度为H1，所述第一散热管路121内的导热媒质在水平方向上的投影高度(液位高度)为H2，H2大于H1；所述第二功率器件132设置于所述散热基板11第二表面的中上部，所述第二功率器件132在水平方向上的投影高度为H3，所述第二天散热管路122内的导热媒质在水平方向上的投影高度(液位高度)为H4，H4大于H3；则与所述第一功率器件131及所述第二功率器件132对应的散热翅片12区域内均分布有导热媒质，散热效果大大增强。在实际使用中，H2与H1有重合即可，H2可以等于H1，也可以小于H1；H4与H3有重合即可，H4可以等于H3，也可以小于H3；即在与各功率器件对应的散热翅片12区域内部分设置导热媒质，不以本实施例为限。

作为本实施例的另一种实现方式，所述散热翅片12在水平方向上的高度投影完全覆盖各功率器件在水平方向上的高度投影，作为示例，所述散热翅片12在竖直方向上占据所述散热基板11整个的第一表面，以此实现高效散热。

需要说明的是，各散热管路的高度尺寸可依据电路中功率器件的数量进行设置，各散热管路的深度尺寸可依据功率器件的损耗进行设置，以满足散热需求，在此不一一赘述。

作为本实施例的另一种实现方式，所述散热基板11的第二表面还设置有储能电容14、功率器件驱动器及母排16，在本实施例中，所述第一功率器件131及所述第二功率器件132分别对应一功率器件驱动器，分别记为第一功率器件驱动器151及第二功率器件驱动器152；所述第二功率器件驱动器152、所述第二功率器件132、所述储能电容14、所述第一功率器件驱动器151及所述第一功率器件131自上而下依次设置。所述母排16包括但不限于连接所述功率器件及所述储能电容14，所述母排16的材质包括但不限于铜、铝，任意可导电的材料均适用，在本实施例中，以连接铜排为例；所述母排16可根据需要单独设置或与所述第一功率器件驱动器151及所述第二功率器件驱动器152一起集成于PCB板上，在此不一一限定。由此，所述第一功率器件131、所述第一功率器件驱动器151及所述储能电容14构成第一功率模块，所述第二功率器件132、所述第二功率器件驱动器152及所述储能电容14构成第二功率模块，其中所述储能电容14共用，系统紧凑，节约成本。在实际使用中，所述储能电容14、所述第一功率器件驱动器151及所述第二功率器件驱动器152的位置不限于本实施例所列举。所述储能电容14、所述功率器件驱动器、所述功率器件及所述母排16的连接关系可基于具体电路结构做具体设置，不以本实施例为限；同样地，与所述功率器件连接的器件也不限于本实施例所列举的所述储能电容14及所述功率器件驱动器。由此，可在确保散热效果最好的情况下提高电力电子功率单元的集成度，减小体积，实现高功率密度。

本实用新型的电力电子功率单元1的散热原理如下：贴置于所述散热基板11上的功率器件13工作发热时，热量经由所述烧结芯热管迅速传到至整个所述散热基板11，再通过所述散热基板11与所述散热翅片12的接触处传递至各散热翅片12上，同时，与各功率器件对应位置的导热媒质能加快功率器件的散热速度(相对于与所述功率器件对应的位置不设置导热媒质的情况)，以此实现高效散热。不发热的器件可根据需要进行设置，无需与导热媒质对应，由此在确保散热效率的同时实现电力电子功率单元的高集成度及高功率密度。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种电力电子功率单元1，与实施例一的不同之处在于，所述散热翅片12为双面具有散热管路的结构。

具体地，所述散热翅片12的第一表面及与第一表面相对的第二表面均形成有与所述第一散热管路121及所述第二散热管路122相对应的凸起结构。本实施例中，各散热翅片12采用双面吹胀工艺制成，即各散热翅片12包括复合在一起的第四板材、第五板材及第六板材，所述第四板材与所述第五板材及所述第五板材与所述第六板材之间分别充入高压流体以使得第四板材及第六板材凸起形成双面管路，两侧散热管路分别独立封闭设置，具体制作步骤在此不一一赘述；或者各散热翅片12包括复合在一起的第七板材及第八板材，所述第七板材与所述第八板材之间充入高压流体以使得所述第七板材与所述第八板材分别凸起形成双面管路，具体制作步骤在此不一一赘述。

需要说明的是，散热翅片12包括但不限于两层或三层板材的复合结构，板材的数量大于等于两层即可，不以本实施例为限。

其它部件的结构及工作原理与实施例一相同，在此不一一赘述。

实施例三

如图4及图5所示，本实施例提供一种电力电子功率单元1，与实施例一的不同之处在于，所述散热翅片12的所述第一散热管路121及所述第二散热管路122均为单面结构，而所述第一散热管路121及所述第二散热管路122分别分布于所述散热翅片12的两个相对表面。

需要说明的是，各散热翅片12可以是单面具有散热管路结构、双面具有散热管路结构及单面分布于两个表面结构的混合，在此不一一赘述。任意散热翅片结构均适用于本实用新型，不以本实施例所列举的结构为限。

综上所述，本实用新型提供一种电力电子功率单元，包括：散热基板；竖直设置于所述散热基板第一表面的多个散热翅片，所述散热翅片为复合板式结构，具有竖直分布的至少两个相对独立的封闭散热管路，各散热管路内均填充有导热媒质；以及设置于所述散热基板第二表面的至少两个功率器件，所述散热基板的第二表面与第一表面相对设置；其中，各功率器件分别与所述散热翅片内导热媒质在水平方向上的投影至少部分重合。本实用新型的电力电子功率单元在散热翅片上设置至少两路相对独立的散热管路，各散热管路竖直分布，使得多个功率器件的安装位置与散热翅片中的导热媒质对应(至少部分重合)，进而提高散热效果、减小成本；同时，本实用新型的电力电子功率单元集成度高，体积小，功率密度高。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电力电子功率单元，其特征在于，所述电力电子功率单元至少包括：

散热基板；

竖直设置于所述散热基板第一表面的多个散热翅片，所述散热翅片为复合板式结构，具有竖直分布的至少两个相对独立的封闭散热管路，各散热管路内均填充有导热媒质；

以及设置于所述散热基板第二表面的至少两个功率器件，所述散热基板的第二表面与第一表面相对设置；

其中，各功率器件分别与所述散热翅片内导热媒质在水平方向上的投影至少部分重合。

2.根据权利要求1所述的电力电子功率单元，其特征在于：所述电力电子功率单元还包括设置于所述散热基板第二表面的储能电容、功率器件驱动器及母排。

3.根据权利要求2所述的电力电子功率单元，其特征在于：所述电力电子功率单元包括第一功率器件及第二功率器件，所述散热基板的第二表面还设置有储能电容、第一功率器件驱动器、第二功率器件驱动器及母排；所述第二功率器件驱动器、所述第二功率器、所述储能电容、所述第一功率器件驱动器及所述第一功率器件自上而下依次设置。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的电力电子功率单元，其特征在于：所述散热翅片的第一表面及与第一表面相对的第二表面均形成有与各散热管路相对应的凸起结构。

5.根据权利要求1～3任意一项所述的电力电子功率单元，其特征在于：所述散热翅片的第一表面及与第一表面相对的第二表面分别形成有与各散热管路相对应的凸起结构。

6.根据权利要求1所述的电力电子功率单元，其特征在于：所述散热翅片的第一表面形成有与各散热管路相对应的凸起结构，与第一表面相对的第二表面为光滑面。

7.根据权利要求1～3任意一项所述的电力电子功率单元，其特征在于：所述散热基板表面形成有插设各散热翅片的沟槽。

8.根据权利要求1～3任意一项所述的电力电子功率单元，其特征在于：所述导热媒质包括气体或液体或气体与液体的混合物。

9.根据权利要求1～3任意一项所述的电力电子功率单元，其特征在于：所述散热基板内埋设有烧结芯热管。

10.根据权利要求1～3任意一项所述的电力电子功率单元，其特征在于：所述散热翅片为相变抑制散热板。

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