电力电子器件常用散热方式与实效范文

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随着电子技术的发展，电力电子器件体积趋于微型化，系统复杂程度不断提高，高热密度不可避免。为了应对电力电子器件内部产生的高热密度，各种散热手段层出不穷，在众多的散热方式中，选择合理、经济、可靠的散热方式具有重要意义。

1概述

近年来，电力电子集成技术发展迅速，使得电力电子器件的性能得到提升，维护难度降低，从而大大提高了电力电子器件的应用范围。现阶段，电力电子器件体积越来越小、功能不断完善，对装置的材料、制造工艺以及电子电路带来了新的挑战，装置内部产生的高热密度制约了电力电子集成技术的发展。随着技术的发展，对电力电子器件的要求越来越高，电力电子器件不断向集成化、小型化的方向发展，不仅要具有可靠性、灵活性、紧凑性和易维护的特点，还要具有高散热效率，由此，对电力电子器件的散热技术提出了新的更高的要求。

2常用散热方式及散热效果分析

2.1风冷翅片散热方式及效果风冷翅片散热器组成分为翅片散热器和风扇两部分，其中，翅片散热器直接和热源接触，能够将热源发出的热量及时散出去。风扇通过叶片转动制造给散热器强制对流冷却降温。风冷翅片散热器的散热效果与其结构密切相关，对风冷散热器的研究目前主要集中在散热器的结构、材料及散热特性上。风冷翅片散热器的风扇也会影响散热效果，当风扇风速提高时，散热效果就好，随着风速增大，流动阻力也会相应的增大，因此，风速也不易过大，风速超过一定数值后，不仅不能提高散热效果，还会造成电能损耗。风冷翅片散热方式具有技术成熟、结构简单、安全可靠、价格低廉的特点，是应用最为普遍的散热方式，但是这种散热方式散热效果一般，不能将电子器件内部温度降至室温以下，且风扇转动会产生一定的噪音，风扇使用寿命有限。

2.2水冷散热方式及散热效果由于风冷散热能力有限，随着电力电子器件中热流密度升高，对散热方式提出了更高要求，水冷散热方式应运而生。研究表明，水强制对流的换热系数是气体强制对流换热系数的百倍以上，采用水冷散热方式能够大大提高散热效果。水冷散热装置通常由散热器、水管及水泵组成。散热器有进水口和出水口，在散热器内部设计了大量的水道，使其与热源充分接触，带走更多的热源，从而将水冷的优势发挥到极致。水冷散热装置散热效果好，不会产生振动和噪音，但这种散热装置的缺点是价格昂贵，使用成本高。散热器中的水处于密闭状态，容易出现变质、结垢等现象，从而影响散热效果。因此在使用过程中不能出现断水或漏水的情况。此外，在冷却过程中，水流会不断流动，可能会造成电子器件周围磁场变化，从而影响电子器件工作的稳定性。

2.3微通道冷却散热方式及效果微通道冷却技术是在高导热率的材料上设计大量的微通道，微通道直径可到微米级，导热材料的底面与热源接触，将热量通过微通道壁传导到通道内，之后通过强制对流流体将热量散出。由于微通道直径达到微米级，数量密集，流体与散热器的接触面积显著增大，在微通道内，液体受热会处于一种高度不稳定状态，换热能力大大增强，较空气对流传热能力高出了2个数量级，散热效果大大提升。这种新的散热方式对微通道的加工要求比较严格，目前研究集中在微通道的结构参数设计上，如翅片长度、翅片间距等，研究这些参数对换热过程及流动阻力的影响，达到提升散热效果的目的。微通道冷却技术的微通道截面积小，通道壁升温后，液体通过通道是会迅速升温，由于升温较大，会引起热应力过高或芯片热电不匹配等问题，影响了电力电子器件工作的稳定性。通过增大流体流速可以达到降温效果，但流体流动会产生较大噪音，通常流体流速不能过大，因此，不能从根本上解决升温的问题。虽然采用气液相变能够达到降温的效果，但这种方式会使得散热器结构变得异常复杂。

2.4半导体制冷散热效果半导体制冷的基本原理是利用珀耳贴效应，该制冷装置由半导体按特殊的结构组成，达到制冷的效果。通常采用2中不同金属导线组成封闭线路，接通电源后，制冷装置冷端的热量被转移到热端，使得冷端温度降低，热端温度升高，于是一段吸热，一端放热，达到制冷的效果。半导体制冷是近年来发展起来的新技术，其具有常规制冷技术不具备的优点，能够适应电力电子器件内部高热流密度的情况，将装置内部温度降到低于室温，由于其采用闭环温控电路，对温度控制精度较高。由于没有运动部件，工作稳定无噪音，使用寿命长。但是该制冷方式制冷效率较低，制冷温差较小，还需要进一步加强对半导体材料的研究，进一步提升制冷效果。

2.5热管散热方式热管的组成通常包括管壳、多孔毛细管芯及工作介质。散热过程中，工作介质处于真空状态，通过吸收蒸发段吸收的热量后汽化，在压差的作用下流向冷凝段，在冷凝段放出热量凝结成液体，在多孔毛细管芯抽吸力作用下，凝结的液体从冷凝段回到蒸发段，吸收热源产生的热量，在压差的作用下流向冷凝段，如此反复，达到持续散热的效果。热管作为一种新的散热方式，具有在较小温差情况下传递较大热量的优点，具有很高的相对导热率，能够达到铜的上百倍。但是热管具有传热极限，当热量超过热管传热极限时，热管内工作介质会被汽化，使得热管内循环中断，热管不能正常工作。因此，还需要加强对微型热管的技术研究攻关，不断提升热管的散热效果。

3结束语

随着电力电子器件不断的小型化、集成化，对散热装置的散热性能提出了更高的要求，推动着冷却技术不断向前发展，冷却方式也不断推陈出新，每一种冷却方式都有各自的优缺点和使用范围，要熟悉和掌握各种冷却方式的特点，针对不同的电力电子器件，选择合理、经济、可靠的散热方式显得尤为重要。

参考文献

[1]陈治明.电力电子器件基础[M].北京:机械工业出版社,1992.

作者：邢烜玮 单位：青岛海尔空调器有限总公司