影響igbt模塊散熱的因素有哪些？如何降低熱阻？

如果igbt模塊功率一定且igbt結(jié)殼之間的熱阻一定時(shí)，igbt殼與散熱器的熱阻與散熱器材料和接觸程度兩個(gè)方面有關(guān)，但此處熱阻較小，因此散熱器的材料及接觸程度的改變對(duì)整個(gè)散熱過(guò)程影響較小。

igbt模塊散熱的過(guò)程依次為igbt在結(jié)上發(fā)生功率損耗；結(jié)上的溫度傳導(dǎo)到igbt模塊殼上；igbt模塊上的熱傳導(dǎo)散熱器上；散熱器上的熱傳導(dǎo)到空氣中。?

換言之主要影響其散熱的有兩方面因素，一是總的損耗，二是散熱器熱阻。但是往往鑒于輸出功率及實(shí)際工況的限制，igbt的總功率損耗是不可改變的，所以需要考慮的就是如何改變散熱器到空氣或其他介質(zhì)之間熱阻的問(wèn)題，接下來(lái)小編針對(duì)性地進(jìn)行以下簡(jiǎn)明扼要介紹。 ? ??

功率器件的耗散功率所產(chǎn)生的溫升需由散熱器來(lái)降低，通過(guò)散熱器增加功率器件的導(dǎo)熱和輻射面積、擴(kuò)張熱流以及緩沖導(dǎo)熱過(guò)渡過(guò)程，直接傳導(dǎo)或借助于導(dǎo)熱介質(zhì)將熱量傳遞到冷卻介質(zhì)中，如空氣、水或水的混合液等。

佳恩igbt單管

目前常用到的冷卻方式為強(qiáng)制空氣冷卻、循環(huán)水冷卻、熱管散熱器冷卻等。

1、空氣自然散熱?

空氣自然散熱是指不使用任何外部輔助能量，實(shí)現(xiàn)局部發(fā)熱器件向周圍環(huán)境散熱達(dá)到溫度控制的目的。?

通常包含導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射，適用于對(duì)溫度控制要求不高、器件發(fā)熱的熱流密度不大的低功耗器件和部件，以及密封或密集組裝的器件不宜或不需要采用其他冷卻技術(shù)的情況。 這種散熱器效率很低，不適合用于大功率器件中。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)噪音、免維護(hù)，特別是沒有運(yùn)動(dòng)部件，因此可靠性高。 ? ??

2、強(qiáng)制空氣冷卻?

強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)冷散熱的特點(diǎn)是散熱效率高，其傳熱系數(shù)是自冷式散熱效率的2-5倍。

強(qiáng)制對(duì)流風(fēng)冷散熱分為兩部分：翼片散熱片和風(fēng)扇。熱源直接接觸的翅片散熱器，其作用是將熱源發(fā)出的熱量引出，風(fēng)扇用來(lái)給散熱器強(qiáng)制對(duì)流冷卻降溫，從而強(qiáng)制空氣冷卻且主要與散熱器材料、結(jié)構(gòu)、翼片有關(guān)。風(fēng)速越大，散熱器熱阻越小，但流動(dòng)阻力越大，因此應(yīng)適當(dāng)提高風(fēng)速來(lái)降低熱阻，風(fēng)速超過(guò)一定值后再提高風(fēng)速對(duì)熱阻的影響就非常小了。

散熱器材料質(zhì)量特性對(duì)散熱效率有顯著影響。紫銅導(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)于工業(yè)純鋁的2倍，在相同散熱效率下，紫銅散熱器的體積為鋁質(zhì)散熱器的1/3一1/2。由于銅的比重大，價(jià)格高，一般較少應(yīng)用。 風(fēng)冷散熱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，安全可靠，技術(shù)成熟，但不能將溫度降至室溫以下。因需配備風(fēng)機(jī)，因而噪聲大，容易吸入灰塵，可靠性相對(duì)降低，有一定維護(hù)量且風(fēng)扇壽命受時(shí)間限制。

3、液態(tài)冷卻方式?

相比較于氣體冷卻，液態(tài)冷卻將導(dǎo)熱系數(shù)顯著提高。對(duì)于功率密度大的電力電子裝置而言，液體冷卻是個(gè)很好的選擇。液體冷卻系統(tǒng)利用循環(huán)泵來(lái)保證冷卻液在熱源和冷源之間循環(huán)來(lái)交換熱量。?

水冷式散熱器的散熱效率極高，等于空氣自然冷卻換熱系數(shù)的100-300倍。以水冷式散熱器代替風(fēng)冷式散熱器，可大大提高器件的容量。但是，由于普通水的絕緣性較差，水中存在的雜質(zhì)離子會(huì)在高電壓下導(dǎo)致電腐蝕和漏電現(xiàn)象，只有在低電壓，才可以采用普通水冷卻。?

為使上述水冷系統(tǒng)應(yīng)用于高壓大功率電力電子領(lǐng)域，必須解決冷卻水的純度和長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的可靠性及腐蝕兩大問(wèn)題，除此之外，水冷卻方式需要有水循環(huán)與處理設(shè)備且設(shè)備復(fù)雜。

油冷式散熱器由于油的冷卻性能比空氣好，同時(shí)也由于將閥體安裝在油箱中可以免受環(huán)境條件的影響，具有很高的絕緣性和電磁屏蔽效果，所以在高壓大功率電力電子裝置中得到廣泛的應(yīng)用。?

但由于水冷系統(tǒng)不論從冷卻效果還是環(huán)境影響方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以近年來(lái)油冷系統(tǒng)似乎在高壓大功率變流器領(lǐng)域已漸漸淡出。

4、 熱管散熱器?

熱管散熱方案設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的傳熱元件,它以獨(dú)特的傳熱方式，實(shí)現(xiàn)了超常的傳熱效果。?

典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內(nèi)抽成1.3*(0.1~0.0001)Pa的負(fù)壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段，根據(jù)應(yīng)用在兩段中間可布置絕熱段。?

當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)毛紉芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體,液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)，熱量由熱管的一端傳至另一端。?

其優(yōu)點(diǎn)是傳熱能力強(qiáng)、均溫能力優(yōu)良、熱密度可變、無(wú)外加設(shè)備、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、不用維護(hù)、噪音低且使用壽命長(zhǎng)，但是價(jià)格昂貴。?

熱管散熱器一般適用于大功率、分立元件的場(chǎng)合。當(dāng)然在一些特殊的生產(chǎn)工況如粉塵比較多的地方煤礦、焦化廠、部分化工廠也可以采用熱管散熱器，因?yàn)榭梢宰龅秸麄€(gè)功率變換部分的密閉性。國(guó)內(nèi)的電力電子變換器行業(yè)多年前已采用熱管散熱器。?

以上有關(guān)影響igbt模塊散熱的因素及降低熱阻的常規(guī)方法就講到這里啦，下期再見啦~?

備注：本文僅作學(xué)習(xí)參考，不代表對(duì)該觀點(diǎn)表示支持或贊同，如內(nèi)容上存在爭(zhēng)議，請(qǐng)及時(shí)與我們聯(lián)系，謝謝！
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　　審核編輯：鄢孟繁