CN218550481U - 一种基于igbt模块的大功率机箱散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，包括机箱壳体，在机箱壳体的两侧安装风扇组件，在机箱壳体内安装风道，风道与风扇组件相对的两侧没有侧板，风道的顶部开孔，该开孔被风道内的高导热石墨片覆盖，在高导热石墨片的底部黏结散热器基板，在散热器基板的底部设置散热器，在高导热石墨片的顶部设置IGBT模块。本实用新型所公开的散热装置，通过对大功率机箱的散热结构设计，采用高导热石墨片及在散热器基板上嵌入铜板的结构形式，能够把IGBT模块或者元器件产生的热量快速、均匀的传导到散热器上，再通过强迫风冷进行散热，提高了散热器的利用率，相比纯铜散热器成本也较低。

Description

一种基于IGBT模块的大功率机箱散热装置

技术领域

本实用新型涉及电子设备热设计研究领域，具体的说涉及该领域内的一种基于IGBT模块的大功率机箱散热装置。

背景技术

为避免IGBT模块或元器件在高温下损坏，一般采用加装散热器和强迫风冷的结构进行散热，对于热损耗较小的元器件则直接采用散热器自然冷却的方式。通常把IGBT模块或元器件贴在散热器基板上，在两者之间采用填充导热硅脂的方式，然后在散热器肋片两侧加一个轴流风机进行强迫空气冷却。硅脂的导热系数一般在6W/(m·K)，硅脂的导热系数大大影响了IGBT模块的散热性能，往往热源分布不均匀，一旦热源集中的地方不能及时有效的导出去，元器件便会很快失效。

现有技术方案结构如图1所示，包括IGBT模块、散热器、风扇组件和风道，风扇组件布置在散热器侧面，风扇组件通常采用一个或者两个风机组成，散热器翅片为矩形肋片结构，散热器通常采用铝合金材料。

如图1所示的结构方案中，结构形式简单，可以解决部分功耗较小的IGBT模块的散热问题，对于功耗较大的IGBT模块会存在以下问题：1、IGBT模块和散热器之间的导热硅脂导热系数较低，不能够及时把IGBT模块上产生的热量传导到散热器上，同时IGBT模块只能把热量传导到与其接触的散热器基板上（不考虑辐射传导的情况下），造成散热器利用率低，影响散热效果；2、风道为敞开的结构形式，没有形成一个独立风道，使得散热器出风口处风压较低，不能及时把散热器另一侧的热量带走，影响散热效果。

此外现有技术中，还有采用液体冷却的散热形式，此种结构主要包括水泵、水冷管道、散热片、底板，蓄水管等。这种结构是泵使冷却液在管路中循环，发热元器件安装在底板上，其热量先通过底板传给液体，受热的液体经散热片冷却后由泵送回到蓄水管内，达到冷却的效果。还有采用直接液体冷却的方法，这种装置是将电子元器件装在一个密封的机壳内，里面充满冷却液体，发热元器件的热量通过液体的自然对流和导热传给液体，液体将吸收到的热量传给机壳，最后再由机壳将热量散发到周围空气中。

对于水冷的散热结构，由于需要铺设环形水流通道和增加水泵，系统比较复杂，体积和重量较大，造成工艺复杂、设备费用及维护成本较高，虽然液体冷却效果较好，但是水长期存在于管道中，对管道会造成氧化腐蚀，一旦发生渗漏，对电子元器件会造成严重的危害。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中风冷效果差、液冷成本高的技术问题，提供一种结构简单、成本低、可靠性高、维修方便、散热效果好的散热装置，可有效解决大部分高热流密度的IGBT模块或者元器件的散热问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，其改进之处在于：包括机箱壳体，在机箱壳体的两侧安装风扇组件，在机箱壳体内安装风道，风道与风扇组件相对的两侧没有侧板，风道的顶部开孔，该开孔被风道内的高导热石墨片覆盖，在高导热石墨片的底部黏结散热器基板，在散热器基板的底部设置散热器，在高导热石墨片的顶部设置IGBT模块。

进一步的，机箱壳体和风道均由钣金折弯、焊接加工而成，两者再通过焊接连接在一起。

进一步的，在风道折弯后焊接时以及风道两侧与机箱壳体焊接时，采用连续焊接。

进一步的，风扇组件为并排的三个轴流风机。

进一步的，散热器的材质为铝合金。

进一步的，散热器通过螺钉固定在风道顶部，在散热器基板上供上述螺钉穿过的位置加工有螺纹孔，并在散热器基板的两面涂硅胶。

进一步的，IGBT模块为两个，分别由各自的驱动板驱动。

进一步的，在散热器基板上与两个IGBT模块相对处开设两个方形槽，在两个方形槽内各无缝隙的嵌入一块铜板。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所公开的散热装置，通过对大功率机箱的散热结构设计，采用高导热石墨片及在散热器基板上嵌入铜板的结构形式，能够把IGBT模块或者元器件产生的热量快速、均匀的传导到散热器上，再通过强迫风冷进行散热，提高了散热器的利用率，同时使得仪器整机重量不会太重，相比纯铜散热器成本也较低。

附图说明

图1是现有散热装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1所公开散热装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例1所公开散热装置中风道的结构示意图；

图4是本实用新型实施例1所公开散热装置的散热结构示意图；

图5是本实用新型实施例1所公开散热装置的散热器结构示意图。

附图标记：1—IGBT模块；2—高导热石墨片；4—散热器；5—机箱壳体；6—驱动板；7—风扇组件；8—风道；9—铜板；10—散热器基板。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1，如图2，4所示，本实施例公开了一种基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，包括机箱壳体5，在机箱壳体的两侧安装风扇组件7，在机箱壳体内安装风道8，风道与风扇组件相对的两侧没有侧板，风道的顶部开孔，该开孔被风道内的高导热石墨片2覆盖，在高导热石墨片的底部黏结散热器基板10，在散热器基板的底部设置散热器4，将由高导热石墨片、散热器基板和散热器组成的散热结构从风道侧面装入，在高导热石墨片的顶部设置IGBT模块1。

为了使IGBT模块上的热量能够快速传导到散热器上，在IGBT模块和散热器之间采用高导热石墨片，高导热石墨片在面内方向导热系数可达到1500W/(m·K)，在厚度方向导热系数可达到70W/(m·K)，耐温范围为—50℃～+450℃，导热系数为硅脂的数倍以上，能够及时把IGBT模块产生的热量传导到高导热石墨片上，然后再均匀的传导到散热器上，再通过风冷把热量快速带走。

机箱壳体和风道均由钣金折弯、焊接加工而成，两者再通过焊接连接在一起。

风道结构如图3所示，在风道折弯后焊接时以及风道两侧与机箱壳体焊接时，采用连续焊接，保证风道的密封性。

考虑到散热器结构尺寸较大，肋片数量多，机箱壳体两侧的风扇组件均采用并排三个轴流风机的结构形式，一侧进风，一侧出风，保证风速更平稳和均匀输送，提高冷却效果。轴流风机选用智能调速风扇，噪声较低，风量可达175 m³/h，转速最高可达4800rpm。

为了节省成本和减轻整机重量，散热器的材质为铝合金。

散热器通过螺钉固定在风道顶部，在散热器基板上供上述螺钉穿过的位置加工有螺纹孔，安装时保证散热器基板与风道贴合紧密，并在散热器基板的两面涂硅胶，形成一个密封的风道结构，使得进入散热器肋片的冷空气没有泄露。

IGBT模块1为两个，分别由各自的驱动板6驱动。

如图5所示，在散热器基板上与两个IGBT模块相对处开设两个方形槽，在两个方形槽内各整齐无缝隙的嵌入一块铜板9，以便保证高导热石墨片上热量能够快速传导到散热器上，铜的导热系数比铝合金几乎高一倍，这样布局更有利于IGBT模块的散热，也可以节省成本和减轻整机重量。

Claims (8)

1.一种基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，其特征在于：包括机箱壳体，在机箱壳体的两侧安装风扇组件，在机箱壳体内安装风道，风道与风扇组件相对的两侧没有侧板，风道的顶部开孔，该开孔被风道内的高导热石墨片覆盖，在高导热石墨片的底部黏结散热器基板，在散热器基板的底部设置散热器，在高导热石墨片的顶部设置IGBT模块。

2.根据权利要求1所述基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，其特征在于：机箱壳体和风道均由钣金折弯、焊接加工而成，两者再通过焊接连接在一起。

3.根据权利要求2所述基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，其特征在于：在风道折弯后焊接时以及风道两侧与机箱壳体焊接时，采用连续焊接。

4.根据权利要求1所述基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，其特征在于：风扇组件为并排的三个轴流风机。

5.根据权利要求1所述基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，其特征在于：散热器的材质为铝合金。

6.根据权利要求1所述基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，其特征在于：散热器通过螺钉固定在风道顶部，在散热器基板上供上述螺钉穿过的位置加工有螺纹孔，并在散热器基板的两面涂硅胶。

7.根据权利要求1所述基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，其特征在于：IGBT模块为两个，分别由各自的驱动板驱动。

8.根据权利要求7所述基于IGBT模块的大功率机箱散热装置，其特征在于：在散热器基板上与两个IGBT模块相对处开设两个方形槽，在两个方形槽内各无缝隙的嵌入一块铜板。

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