超轻多孔泡沫金属平板热管的传热性能研究

以水、乙醇和丙酮为工质,以超轻多孔泡沫金属为毛细吸液芯构造了新型的平板热管,并对其传热性能进行了实验研究。研究了填充工质、充液比、热管放置角度及加热功率等因素对平板热管传热性能的影响。结果表明以超轻多孔泡沫金属为毛细吸液芯可以显著强化平板热管的传热能力,具有优异的均温性能,扩展了平板热管承载高热流密度的能力,可达200W/cm2以上,并减小了平板热管的热阻,热阻最小可达0.09℃/W。在3种工质中,水为最佳工质选择,且当充液比为30%时具有较好的换热效果。     

不同基板的GaN器件集成模块传热分析及热优化

分别对基于3种基板,即印刷电路板(PCB)、覆铜陶瓷板(DBC)及低温共烧陶瓷板(LTCC)的氮化镓(GaN)器件集成模块的传热性能进行对比分析。结果表明,DBC模块的结-空气热阻最低,较高的是LTCC模块,最高是PCB模块。在自然对流情况下,DBC模块的结-空气热阻比PCB模块低约20%,强制对流情况下低约50%。LTCC基板相对于常用PCB基板及DBC陶瓷基板优势不显著。设计制造了基于PCB基板的GaN器件降压转换器集成模块,并对其传热性能进行热仿真及实验研究。根据热仿真模型,分析了热通孔对传热的强化作用及平行布置时器件之间的间距对其传热性能的影响。结果显示通过在PCB基板上打热通孔可显著提高模块的传热性能,从无通孔变为有通孔(通孔面积为10%芯片面积),即可使模块的结-空气热阻降低12%。     

基于Ansys的大功率IGBT模块内部传热研究

采用Ansys软件对大功率IGBT模块内部的传热机理进行分析研究,观察其对应不同功率等级下的IGBT内部传热情况,最后通过IGBT芯片到铜基板底面的不同温度来计算芯片的结壳热阻.对IGBT模块的热性能进行预评估,以便更好地为设计人员提供设计方案的依据.而且以搭建的实验平台为基础,测得一系列实验数据,并与仿真模型的结果进...     

关于集成功率模块热阻的仿真分析

分析了混合封装的电力电子集成模块的热路模型,并且仿真得出了结壳热阻Rth-jc的s数值仿真结果.讨论了DBC大小,铜基板大小、形状与结壳热阻的关系,为功率模块的结构设计提供了参考.     

烧结金属毡吸液芯平板热管传热特性试验研究

提出了一种使用烧结金属毡作为吸液芯的新型平板热管。搭建了该平板热管传热特性的测试系统,通过试验分析了该平板热管的启动性能、均温性能,以及热负荷、工作倾角等对该平板热管传热特性的影响。结果表明,该平板热管具有很强的散热能力,其当量导热系数可以达到壳体材料导热系数的11.2倍,且具有良好的均温特性。     

散热底板对IGBT模块功率循环老化寿命的影响

功率半导体模块通常采用减小结壳热阻的方式来降低工作结温,集成Pin-Fin基板代替平板基板是一种有效的选择。两种封装结构的热阻抗特性不同,可能对其失效机理及应用寿命产生影响。针对平板基板和集成Pin-Fin基板两种常见车规级IGBT模块进行了相同热力测试条件（结温差100 K,最高结温150℃）下的功率循环试验,结果表明,散热更强的Pin-Fin模块功率循环寿命低于平板模块。失效分析显示,两者失效模式均为键合线脱附,但Pin-Fin模块的键合失效点集中在芯片中心区域,而平板模块的键合失效点则较为分散。基于电-热-力耦合分析方法,建立功率循环试验的有限元仿真模型,结果表明,Pin-Fin模块的芯片温变梯度更大,芯片中心区域键合点温度更高,使芯片中心区域的键合点塑性变形更大,导致其寿命较平板模块更短,与试验结果吻合。     

沟槽式与烧结式功率模块的热性能优化实验

为提高功率模块的散热效率,此处将烧结铜粉式热管、沟槽式热管分别与3种不同结构的散热器组合,形成9种中央处理器(CPU)散热模块,探究热管放置方式、热管类型及不同热流密度下各散热模块热性能的分布规律及传热系数的变化趋势,以期获得最高效的散热方式。实验结果显示:在该实验工况下,L_3-3号CPU散热模块散热性能最优,该模块热阻降低了46%;对比沟槽式热管,烧结铜粉式热管的热阻降低了34%;旋转180°条件下烧结铜粉式热管热阻较沟槽式降低了48.9%,具有更快的启动速率与更高的毛细压力,更适合与散热器结合组成高散热模块;正交实验热管极差较散热器极差降低了3.6℃,证明平板热管对高散热模块影响更大。     

多芯片组件基板的热效应分析

针对大功率多芯片模块,建立了简化传热模型,利用有限元数值方法,对其热阻和温度场进行了稳态和瞬态分析.模拟结果表明:模块的散热方式以热传导为主.由芯片到外壳底面的热通路为主要散热途径,采用导热性能好的基板是非常有效的散热方案:绝缘层热阻占整个基板热阻的65%;模块设计时要尽量减小功率互连引线的寄生电感和电阻.合理安排功率管芯位置,要求布线尽量短而宽.多个功率芯片要尽量均匀分布于基板上,以此降低结温,避免热集中现象.     

一种微槽群平板热管传热性能的数值和实验研究

提出了一种具有整体式微槽群吸液芯的新型平板热管。该新型平板热管具有散热效率高、机械强度高、制造工艺简单、重量轻、成本低等优点。建立预测平板热管传热传质特性的数学模型,获得了平板热管内蒸汽和液体的温度场、压力场以及速度场。对新型平板热管的传热性能进行实验研究,结果发现,新型微槽群平板热管的导热系数可达到其管壳材料导热系数的12.3倍,并且具有良好的均温特性。数值模拟的结果与实验测量结果吻合良好。     

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。     

基于热管散热的LED器件封装热分析

大功率发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)结点温度的高低汽接影响到LED的寿命和可靠性,故保持LED结温在允许的范围内,是大功率LED封装和应用必须解决的核心问题.提出将扁平热管应用在大功率LED的散热上;比较了扁平热管和铜板两种散热方式下 LED的结点温度和热阻的热特性.研究结果表明,在输入功率为3 W时,热管冷却LED的结点温度为52℃,而铜板冷却LED的结点温度为83℃,对应的系统总热阻分别为8.8 K/W和19K/W.由此证明,在大功率条件下,热管的散热能力明显优于传统的铜板散热.     

大功率LED热管散热器研究

大功率LED的结点温度过高会降低其发光效率和可靠性,并缩短使用寿命,这也是限制LED光源大规模应用的主要瓶颈。为了解决大功率LED芯片的散热问题,本文提出了一种热管与空气强制对流相结合,并采用蜂窝板作为蓄热结构的热管散热装置,建立了三维模型,采用CFD软件对其进行了数值计算,主要研究了热功率、散热片间距和风压对散热器性能的影响。模拟结果表明该散热器能有效地降低大功率LED结点温度,结点温度随输入功率成线性变化,得出了散热片合理的间距,通过综合考虑散热、风机功耗、稳定性等因素,确定风压的值。     

基于有限元法的高频开关电源PCB热仿真研究

为提高电源工作的可靠性,论文提出通过安装热管散热器的办法来降低高频开关电源PCB的节点温度。基于有限元方法建立了热管模型以及高频开关电源PCB模型,对热管管径以及安装两种散热器的高频开关电源PCB进行热仿真分析。热分析结果表明：在一定功率范围内,管径越大,散热器散热效果越好：安装热管散热器的高频开关电源PCB上器件温度明显低于安装传统散热器,最大温差达到33℃.实际中在不考虑强迫风冷散热设计时可以对PCB进行优化,以及采用热管散热器对高频开关电源进行有效散热。     

高压大功率芯片封装的散热研究与仿真分析

以工作电压为70V、输出电流为9A的高压大功率芯片TO-3封装结构为例，首先基于热分析软件Flo THERM建立三维封装模型，并对该封装模型的热特性进行了仿真分析。其次，针对不同基板材料、不同封装外壳材料等情况开展对比分析研究。最后研究封装体的温度随粘结层厚度、功率以及基板厚度的变化，得到一个散热较优的封装方案。仿真验证结果表明，基板材料和封装外壳的热导率越高，其散热效果越好，随着粘结层厚度以及芯片功率的增加，芯片的温度逐渐升高，随着基板厚度的增加，芯片温度降低，当基板材料为铜、封装外壳为BeO，粘结层为AuSn20时，散热效果最佳。     

变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计

提出了一种设计变频器散热系统的实用方法,建立了比较准确且实用的变频器中IGBT(绝缘栅型双极晶体管)模块的通态损耗和开关损耗的计算方法,考虑了温度对各种损耗的影响,采用热阻等效电路法推导得出了散热器及功率器件各点温度的计算公式,并给出了散热器热阻的实用计算公式.在此基础上设计了一套采用强迫风冷的散热系统,计算结果与试验结果的对比,验证了该设计方法的合理性与实用性.     

大功率电力电子器件相变冷却技术的实验研究*

大功率电力电子器件的冷却散热问题,已成为集成化大电容发展的瓶颈,受到越来越广泛的关注。文中采用相变冷却技术,设计两种冷板:带有强化换热结构和非强化换热结构,用于绝缘栅双极型晶体管模块(Insulated Gate Bipolar Transistor IGBT)散热,对两种冷板温度分布进行数值模拟,并利用自建的实验平台对两种冷板的性能进行模拟试验。结果表明:两种结构的冷板均能满足功率器件的结温要求,同功率条件下,带有强化换热结构的冷板温度更低,具有更好的均温性,在3 000 W和4 000 W功率下,冷板温度分别为56.6℃和59.5℃,为系统结构设计提供指导。     

基于电-热耦合模型的IGBT模块结温计算方法

温度循环下的疲劳累计损伤是IGBT模块失效的主要原因,计算IGBT模块的结温对预测其寿命具有重要意义。为了研究IGBT模块工作过程中结温变化情况,首先通过计算IGBT和FWD的功率损耗建立了IGBT模块电模型,然后在分析IGBT模块热传导方式的基础上建立了IGBT模块热模型,进而基于电模型和热模型建立了IGBT模块的电-热耦合模型,最后以三相桥式逆变器为例对IGBT和FWD的结温进行了仿真分析。结果表明,由于IGBT和FWD处于开关状态,两者的结温波形均呈波动形状,且波动均值经过短时间上升后稳定于一恒定值,所以逆变器用IGBT模块开始工作后经短时间的热量积累最终达到热稳定状态;由于IGBT的开关损耗比FWD大,使得IGBT结温受开关频率的影响较大。     

热阻和内不可逆性对实际闭式燃气轮机回热循环性能的影响(续)

用有限时间热力学方法分析实际热机循环性能，计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失，压气机和涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失，和管路系统中的压力损失，导出变温热源条件下实际闭式燃气轮机回热循环的功率、热效率与压比间的解析式，并给出了详细的数值算例说明外不可逆性（热阻）和各内不可逆性对循环特性的影响     

An energy-harvesting system using thermoelectric power generation for automotive application

An energy-harvesting system which extracts heat from an automotive exhaust pipe and turns the heat into electricity by using thermoelectric power generators (TEGs) has been constructed. Two test benches have been developed to analyze the thermoelectric module (TM) performance and TEG system characteristics. The experiments are carried out to examine the influences of the main operating conditions, the hot and cold side temperatures, flow rates and the load resistance, on the power output and voltage. As the performance of a TM is most influenced by the applied pressure and the temperature difference, a thermostatic heater, thermostatic water tank, and clamping devices are used in our experimental apparatus, the three operation parameters such as the applied pressure, cold-side flow rate and cold-side temperature are found to significantly affect the maximum power output. Based on the single TM measurement, the whole TEG system has also been designed and tested on the bench test. Through these experiments, maximum power output of the system is characterized. The results establish the fundamental development of automotive exhaust thermoelectric generator system that enhances the TEG efficiency for vehicles.