采用纳米银焊膏烧结互连技术的中高压IGBT模块及其性能表征

智能电网用压接式绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块主要通过压力接触来实现热耗散,而这种封装散热方式存在界面接触不佳、散热性能差等缺点,导致同等通流能力下芯片的结温偏高,电性能下降,甚至影响其长期可靠性。为了克服这些问题,提出了采用纳米银焊膏作为芯片连接材料替代压力接触与芯片形成电触点的方式,研发了一款针对智能电网的采用纳米银焊膏的烧结式IGBT模块;并表征了烧结式IGBT模块的整体热阻、静态电性能及芯片剪切强度,完成了与商用同等级压接式IGBT模块的性能比对。实验结果显示:烧结式IGBT模块的热阻比压接式IGBT模块下降了15.8%;2种模块的静态电性能的测试结果基本一致,进一步验证了烧结式IGBT模块的封装可行性;对于大面积IGBT芯片(尺寸为13.5 mm×13.5 mm),其连接芯片烧结银接头的剪切强度约为20 MPa,接头质量较高。以上结果说明采用纳米银焊膏封装高压IGBT模块,不仅可以显著降低压接IGBT模块的热阻,同时仍能获得良好的静态电性能。因此,由于其在高压大电流电能运输过程中较高的转换效率及功率密度,烧结式IGBT模块有望应用于智能电网。     

基于热仿真的模块散热结构设计及优化

以某一功率放大模块为研究对象，设计了1种常规散热结构和3种优化结构。基于热仿真技术，在相同的风机、初始条件和边界条件下，分别对4种散热结构进行数值仿真。仿真结果表明：优化模块结构可以降低模块内部的热阻和模块底面的热流密度，优化散热器结构可以提高散热器的对流传热系数。2种优化方式都可以降低热源温度，并且2种方式结合后散热效果最优。     

多芯片用热管散热器的数值分析和实验研究

根据芯片的高散热要求,设计了一种带有热管和不同翅片参数的散热器.采用数值模拟的方法分析了散热器翅片参数、热管数量和布局等参数对散热性能的影响,以确定最优设计方案,并对热管散热器的热性能进行了实验测试.测试结果表明,设计的热管散热器能满足使用要求,解决了芯片的散热问题.     

热管换热器应用于大功率LED路灯冷却系统的实验研究

研发了一系列将大功率发光二极管(LED)散热和热管传热相结合的用于大功率LED路灯冷却的热管散热器,并对设计出的热管散热器的传热性能进行了实验研究.实验结果表明,该系列热管散热器具有良好的散热能力,能控制节点温度在70℃以下,满足了LED路灯对结点温度的控制要求;同时实验结果表明,改变翅片结构,换热器散热能力明显不同,所研发的具有菱形、开孔形及外翻形翅片的热管换热器散热能力比普通矩形翅片热管换热器的散热能力明显提高,其中以外翻形翅片的热管换热器散热能力最好;另外研究了改变环境温度、热管排布数量、翅片材质及结构对换热器散热性能、换热装置体积、成本及质量的影响,找到更具应用价值的热管换热器形式;最后研究了热管换热器工作倾角对LED路灯散热能力的影响,倾角越小,散热能力越好,垂直使用时散热能力最差,最后从理论上加以分析.     

电动汽车SiC MOSFET风冷逆变器的散热器设计

电动汽车驱动逆变器对功率密度具有很高要求,驱动逆变器的散热设计不仅影响电驱动系统能否可靠运行,同时散热系统的体积也成为制约逆变器功率密度的瓶颈。基于20 k W电动汽车Si C MOSFET风冷逆变器,分析散热器热阻与其几何尺寸的关系,在满足逆变器散热要求的条件下,对散热器风扇个数、散热沟槽数、肋片厚度以及散热器的沟槽长度进行设计,并分别采用热仿真和实验对理论设计进行比对。     

风电变流器IGBT散热性能研究

风电变流器设计中,IGBT的散热设计非常关键,介绍了一种适用于风电变流器工程应用的IGBI损耗的理论计算方法,并建立了准确的数学模型。针对风电变流器应用环境的差异性以及不同类型散热器的固有热阻属性,通过flotherm仿真软件搭建普通散热器与热管散热器的仿真模型,仿真对比了不同散热器散热能力的差异。最后,通过实验验证了该设计方法的合理性和实用性,为风电变流器IGBT散热器与散热系统设计提供了重要的参考依据。     

电力电子变流装置散热器状态智能预测方法

该文首先通过建立散热器稳态热阻模型和流体动力学模型,从理论上分析散热器散热性能下降的机理,风道压降的增加和表面传热系数的增大导致散热器热阻增大;其次建立基于集总参数模型的散热器状态预测模型及方案,同时建立功率器件功率损耗计算模型,并通过仿真和实验做了相关验证;最后通过实验得出不同堵塞程度下散热器热阻、热容、热时间常数的变化曲线,为散热器在线状态预测提供新的可行方案.     

间歇式工作的大功率有轨电车充电模块热设计

随着新型储能式有轨电车的推广,大功率充电装置的功率密度越来越高,为解决间歇式工作模式下充电模块散热系统评估手段缺乏的问题,介绍了一种间歇工作模式下大功率有轨电车充电模块的散热系统设计方法.通过计算充电模块工作的功率损耗、热阻需求来进行风扇和散热器选型,阐述了针对间歇式工作的大功率充电模块的散热系统设计方法,采用Flotherm软件进行了热仿真,最后通过试验验证了热设计方法的可行性.     

油浸式变压器分体冷却装置模拟试验研究

为研究目前地下变电站变压器常用的分体冷却方式的实际散热效果,调研总结了应用于地下变电站的典型分体冷却系统布置方式,并根据ONAN方式的分体冷却系统的实际布置进行了模拟温升试验。地下变电站常用的分体冷却方式包括ODWF、OF/OF/AN和ONAN 3种。以1台110 kV/80MVA油浸式变压器为实验对象,采用变压器本体与散热器同水平面不同间距布置以及将散热器垂直提升5.75 m的实验方案,测量关键部位油温及绕组温度,对比不同模拟试验方案下的温升情况。研究表明,对于ONAN冷却方式的分体冷却系统,同水平面布置方式下,改变变压器本体与散热器间的水平距离对散热器的散热效果影响较小;将散热器垂直提升5.75 m布置会降低变压器和散热器间的油循环速度和散热器的实际散热功率,同时变压器绕组与变压器油间的热传递减缓,出现顶层油温不高但绕组温升已经很高的情况。文中的结论对实际工程中分体冷却装置的布置及变压器温升试验的改进具有参考价值。     

新型平板热管的传热性能研究

为了提高普通蒸汽腔平板热管的机械强度和传热性能，提出了一种热端与冷端之间设有液态工质回流柱的新型平板热管，并对以该种平板热管为热扩散基板的集成模块的传热性能进行了实验研究。研究结果表明，在热耗散功率较大时，平板热管基板模块的结壳热阻、管芯至基板间热阻均比纯铜基板模块小，而且其结壳热阻分别比同厚度和同重量的纯铜基板模块的结壳热阻小30％和40％。该结果说明新型平板热管比纯铜基板具有更好的热扩散性能，适合于大功率模块设计     

基于CFD的储能变流器功率单元结构和散热研究

针对储能变流器功率单元体积小、功率密度高、运行环境条件差的特点,对该功率单元结构和散热参数进行设计和优化。采用SolidWorks进行3D建模,采用计算流体力学(CFD)有限元分析软件进行散热仿真,求得该单元在设置的结构参数和环境条件下散热器的表面温度,并将其与测试结果进行了验证,以翅片数、散热器进出风口面积、散热器材料、风机流量压力、发热功率、热管数量作为设计变量。研究结果表明:散热器翅片数量和间隙设计、风机的合理选型设计、热管的使用使功率单元的散热效率提升,体积减小,成本降低,该功率单元散热完全可满足使用要求。     

新型大功率发光二极管路灯热管散热器设计与优化

针对大功率发光二极管(LED)路灯散热问题突出、外部热沉研究缺乏的情况,提出一种新型大功率LED路灯热管散热器设计。并针对热管散热器的充液率、倾角、单位功耗面积等关键设计参数进行分析或实验优化。实验表明,充液率在25%～30%、垂直方向倾角为60～80°,单位功耗面积在75～95cm2/W的一体式大功率LED路灯热管散热器具有优良的散热性能。     

高功率模块式有源电力滤波器结构和散热系统设计

针对典型设计的模块式有源电力滤波器功率密度小、散热性能不佳等缺点,提出了一种高功率模块式有源电力滤波器结构设计和散热系统设计方案,包括外壳设计、风道设计、风机设计和散热器设计。试验结果表明,该设计方案能够满足380V/80kW模块式有源电力滤波器运行要求。     

大功率逆变器散热设计

本文研究了大功率逆变器中IGBT模块的散热设计。大功率IGBT模块在功率变换系统、无功补偿系统等领域有着广泛的应用,随着系统尺寸重量向着轻小化方向发展,IGBT模块单位体积内的散热量越来越高,严重危害了系统的稳定运行,因而对IGBT模块的热分析、热管理成为大容量IGBT技术发展的重要研究方向。本文提供了一整套的散热设计方法:首先对IGBT模块在实际工作电压电流下的损耗进行了分析计算,接下来提出了一种考虑IGBT模块内NTC热敏电阻的新型等效热路图,通过该等效热路图可较快速准确地进行结温以及热阻的计算,最后利用ANSYS的Design Xplorer模块对影响散热器热阻的关键参数进行了定量分析,并对散热系统的散热效果进行了仿真和试验分析,证明散热设计的准确性。     

基于热虹吸平板热管的半导体制冷冰箱散热研究

半导体制冷是一种环保式制冷方式,而高效散热是半导体制冷的一个关键技术,在很大程度上会影响制冷效果。相变散热是目前所有散热方式中最高效的散热方式之一,因此,本文提出了一种基于热虹吸平板热管的相变散热方法,设计了对应的散热器,用Fluent进行了数值模拟,并在半导体制冷冰箱上进行了实验验证,表明了该散热方案的优势。     

乙醇与水振荡热管传热特性实验研究

通过实验研究了加热功率变化时,铜-水和铜-乙醇振荡热管的传热性能及其壁温波动特征。结果表明:正常工作时,水热管均温性优于乙醇热管,传热热阻较乙醇热管小;低加热功率下,随加热功率增加,水热管壁温波动形式存在明显的转变,而乙醇热管无类似现象;高加热功率下,水热管热阻不断增大,而乙醇热管内局部出现工质过热现象,但依然能保持稳定的传热性能;温度波动振幅及频率大、波动稳定且均匀的热管传热性能较好。     

高辐射阵列式LED水冷散热器的优化设计与实验

紫外固化机常采用阵列式UV-LED的模组以获得高辐射高密度能量,高能量对散热器优化设计提出了挑战。本文结合数值模拟与实验,研究了四种不同翅片数量的槽道式散热板的设计,结果发现:增加流量和翅片数量可以有效降低散热板表面温度,而且表面温度更加均匀,芯片极限温差缩小至4.38℃,但是会导致散热器进出口压差急剧增大;九翅片的压差比七翅片的增加了1 029 Pa,而极限温差仅下降了0.5℃,所以应综合考虑实际固化效果来合理选择翅片数量和流量。七翅片式散热板的验证实验表明:所测温度与仿真结果误差为3.5%,证实了仿真的正确性,对高辐射阵列式LED水冷散热器设计具有参考价值。     

基于热管风冷的大功率UV-LED固化灯散热研究

应用于油墨固化领域的UV固化灯常采用密集阵列排布的UV-LED模组作为高辐射高能量的光源,而高能量的UV固化灯对其散热器的结构设计提出很高的要求。本文结合数值模拟与实验,提出一种基于强制风冷的热管式散热器,通过理论计算证明该散热器结构的可行性,研究了300~1500 W功率下基板温度变化情况,对比分析了不同抽风量与散热片数量下热源基板温度变化情况,得出抽风量7 m^3/min、散热片数量为35片时散热效果最佳。实验所测结果与仿真结果误差为4%,证实了仿真结果的准确性,对大功率UV固化灯风冷散热器设计具有参考价值。     

脉冲电源水冷散热设计及有限元分析

针对大功率脉冲电源中IGBT模块瞬时发热量大的问题,提出了一套水冷散热解决方案。给出了IGBT模块损耗的快捷估算方法,详细分析了IGBT的散热途径。推导出了IGBT的热阻模型和水冷条件下散热器的热阻折算方案。利用仿真软件ANSYS建立了热分析模型,通过模拟脉冲电源工作时的热场状况对散热系统进行了优化。最后,在此通过搭建100 kW脉冲电源样机验证了该优化方案的实用性和有效性。     

逆变器中IGBT模块的损耗计算及其散热系统设计

介绍了一种在工程上比较适用的IGBT模块损耗的理论计算方法,并将其计算结果与厂家给出的仿真结果相比较,精度满足设计要求.在计算出IGBT模块损耗后,利用散热系统热阻等效电路,求出散热器热阻,进而设计出符合逆变器的强迫风冷散热系统.最后,通过ICEPAK软件对散热器进行仿真,由仿真结果表明散热器达到要求.