發(fā)布時(shí)間：2021-05-28 15:20

　　隨著能源形勢(shì)的日漸嚴(yán)峻,新能源汽車的發(fā)展已成為必然的趨勢(shì)。IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）模塊作為新能源汽車中功率控制單元的心臟,在未來20年里將呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長。隨著載流量和開關(guān)頻率的增加,IGBT模塊的熱損耗將從100 W/cm²增加到500W/cm²,散熱將成為IGBT模塊制造和運(yùn)行面臨的主要問題�，F(xiàn)有的許多IGBT模塊冷卻方式中都存在著散熱能力不夠、空間利用率不高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高等問題。蒸汽腔因具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)和良好的均溫性能而被視為最有前景的冷卻方案之一。本文用陶瓷加熱片來模擬IGBT模塊中的IGBT芯片和續(xù)流二極管（FWD）芯片。將芯片與蒸汽腔整合形成多熱源蒸汽腔組件,實(shí)驗(yàn)研究了芯片（熱源）的數(shù)量和布置方式對(duì)組件的傳熱特性的影響。主要結(jié)論如下:在等功率芯片實(shí)驗(yàn)中,改變芯片的數(shù)量設(shè)計(jì)了四種布置方式,保持各布置中芯片總的加熱功率一致,依次從10W遞增到80W,對(duì)組件的傳熱特性進(jìn)行了分析。總的來說,隨著加熱功率的增加,單熱源組件和雙熱源組件的一維熱阻、擴(kuò)展熱阻和總熱阻均呈現(xiàn)出先下降后上升... 

【文章來源】：重慶大學(xué)重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

IGBT模塊的兩種冷卻方式[18]

1緒論3損耗減小10%[20]，可以實(shí)現(xiàn)在空間有限的發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)精簡(jiǎn)功率模塊體積同時(shí)提高其散熱性能目的。根據(jù)冷卻方式來分，目前常見的IGBT模塊的冷卻方式有強(qiáng)制空冷、流道液體冷卻、射流沖擊冷卻和熱管冷卻等，以下是其各自的優(yōu)缺點(diǎn)：強(qiáng)制空冷如圖1.2a所示，其優(yōu)點(diǎn)是成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于維修。但這種方式的散熱能力較低，散熱熱流密度只能達(dá)到50W/cm2[14]左右，且安裝體積大，空間利用率較低，還會(huì)有噪音等。（a）強(qiáng)制空冷（b）流道液體冷卻圖1.2IGBT模塊的強(qiáng)制空冷和流道液體冷卻[21]Figure1.2Forcedaircoolingsystemandwater-basedcoolingsystem流道液體冷卻如圖1.2b所示，此種冷卻方式的長處在于成本低且體積相較強(qiáng)制空冷有所減小，但其散熱能力仍然較低，約為120W/cm2[14]，且容易出現(xiàn)冷卻后芯片溫度不均勻的現(xiàn)象，這將會(huì)導(dǎo)致模塊局部的芯片結(jié)溫過高而燒毀的情況。射流沖擊冷卻方式的原理如圖1.3所示，和傳統(tǒng)的風(fēng)冷及水冷相比這種冷卻方式具有散熱能力極高的優(yōu)勢(shì)，其冷卻側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)能達(dá)到31370W/(m2·K)[22]，能夠大幅降低模塊的溫度，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，且容易出現(xiàn)冷卻液泄漏和通道堵塞等問題。

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.3射流沖擊冷卻示意圖Figure1.3Physicalofmicro-jetarrayimpingementcoolingsystem[23]傳統(tǒng)的圓柱形熱管冷卻具有沒有運(yùn)動(dòng)部件，無噪音，且可改變熱量的傳遞方向的優(yōu)點(diǎn)，如圖1.4a所示。但這種冷卻方式體積利用率不高，且電子元件的表面多為平面，圓柱形熱管難以與電子元件散熱平面緊密接觸。（a）傳統(tǒng)熱管冷卻（b）蒸汽腔冷卻圖1.4熱管冷卻[24]Figure1.4Traditionalheatpipecoolingandvaporchambercooling基于以上各個(gè)冷卻方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種將蒸汽腔與IGBT模塊整合的冷卻方法，如圖1.4（b）所示。蒸汽腔由金屬頂板和底板分別作為蒸發(fā)面和冷凝面，內(nèi)部是由銅粉和銅絲網(wǎng)燒結(jié)而成的毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)，同時(shí)鑄有支撐柱以防止蒸汽腔發(fā)生變形，如圖1.5所示。蒸汽腔內(nèi)部有循環(huán)工質(zhì)，因?yàn)橐后w工質(zhì)有著極大的汽化潛熱，蒸汽腔的等效導(dǎo)熱系數(shù)很大，可以達(dá)到1000-50000W/(m·K)[25]，而同等尺寸的金屬實(shí)體的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)值。

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
[1]多芯片組件的擴(kuò)展熱阻與熱耦合效應(yīng)研究[D]. 芮喜.西安電子科技大學(xué) 2015
[2]多支撐柱型均熱板結(jié)構(gòu)數(shù)值分析與設(shè)計(jì)[D]. 廖火生.華南理工大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3208283