一種電子負(fù)載的散熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】針對(duì)現(xiàn)有大功率電子負(fù)載散熱器存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種大功率電子負(fù)載的散熱系統(tǒng)，采用雙基板散熱器且在散熱器和風(fēng)扇間加裝風(fēng)罩、多個(gè)風(fēng)扇并聯(lián)、抽風(fēng)冷卻的方式對(duì)大功率IGBT進(jìn)行冷卻，減小了風(fēng)扇風(fēng)量泄漏，提高了風(fēng)扇冷卻風(fēng)量的利用率，同時(shí)便于散熱器在機(jī)柜內(nèi)的安裝，風(fēng)扇并聯(lián)增大了風(fēng)量。將散熱風(fēng)扇安裝在散熱器風(fēng)道的出風(fēng)口處且采用抽風(fēng)冷卻方式減小了散熱系統(tǒng)的總散熱量。在較惡劣的環(huán)境條件下，本實(shí)用新型的散熱系統(tǒng)的散熱器表面溫度更低，散熱效果更好。
【專利說(shuō)明】—種電子負(fù)載的散熱系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種散熱裝置，特別涉及一種電子負(fù)載的散熱系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]電力電子裝置的高可靠性、高功率密度、小型化和輕量化要求大功率電力電子器件必須高效散熱。小型化和輕量化的要求使得電子裝置散熱系統(tǒng)的熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)更重要。
[0003]一般傳統(tǒng)的強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱方案為在散熱器基板面安裝元器件，散熱器基板面所在面的對(duì)面或散熱器翅片的兩個(gè)側(cè)面安裝風(fēng)扇對(duì)散熱片吹風(fēng)或抽風(fēng)進(jìn)行對(duì)流換熱，如附圖1所示。這種簡(jiǎn)單的散熱方式由于風(fēng)扇與散熱器完全開(kāi)放，因此風(fēng)扇工作點(diǎn)的風(fēng)量沒(méi)有得到充分利用。由于風(fēng)扇安裝在機(jī)柜內(nèi)部邊緣處，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪音較大；同時(shí)，由于散熱量大，需求的散熱器體積和重量較大。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種提高風(fēng)扇冷卻風(fēng)量利用率的電子負(fù)載散熱系統(tǒng)，改善傳統(tǒng)散熱系統(tǒng)中風(fēng)量不能充分利用的缺點(diǎn)。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取了以下技術(shù)方案:
[0005]—種電子負(fù)載散熱系統(tǒng)，包括散熱器、風(fēng)扇和風(fēng)罩；所述散熱器的上基板上安裝有大功率絕緣柵雙極型晶體管IGBT電子負(fù)載；所述散熱器為中空的長(zhǎng)方體管狀結(jié)構(gòu)，中空部分為風(fēng)道；所述散熱器風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口沒(méi)有遮擋，出風(fēng)口安裝風(fēng)扇，風(fēng)扇采用抽風(fēng)冷卻的方式工作，在出風(fēng)口與所述風(fēng)扇之間安裝所述風(fēng)罩。
[0006]進(jìn)一步地，所述散熱器為雙基板散熱器，上基板安裝有大功率IGBT，下基板便于散熱器在機(jī)柜內(nèi)的安裝固定。
[0007]進(jìn)一步的，所述風(fēng)扇為四風(fēng)扇并聯(lián)。
[0008]進(jìn)一步的，所述散熱器為材料為鋁。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:采用雙基板散熱器且在散熱器和風(fēng)扇間加裝風(fēng)罩、多個(gè)風(fēng)扇并聯(lián)、抽風(fēng)冷卻的方式對(duì)大功率IGBT進(jìn)行冷卻，減小了風(fēng)扇風(fēng)量泄漏，提高了風(fēng)扇冷卻風(fēng)量的利用率，同時(shí)便于散熱器在機(jī)柜內(nèi)的安裝，風(fēng)扇并聯(lián)增大了風(fēng)量。將散熱風(fēng)扇安裝在散熱器風(fēng)道的出風(fēng)口處且采用抽風(fēng)冷卻方式減小了散熱系統(tǒng)的總散熱量。在較惡劣的環(huán)境條件下，本實(shí)用新型的散熱系統(tǒng)的散熱器表面溫度更低，散熱效果更好。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為傳統(tǒng)的電子負(fù)載散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本實(shí)用新型的電子負(fù)載散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為單基板散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4為雙基板散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖5為本實(shí)用新型的電子負(fù)載散熱系統(tǒng)的風(fēng)扇工作點(diǎn)的參數(shù)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】及【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]如附圖2所示為本實(shí)用新型的電子負(fù)載散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該散熱系統(tǒng)包括散熱器、風(fēng)扇和風(fēng)罩。散熱器的上基板上安裝有大功率的IGBT電子負(fù)載。散熱器為中空的長(zhǎng)方體管狀結(jié)構(gòu)，中空部分為風(fēng)道，風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口沒(méi)有遮擋，出風(fēng)口與風(fēng)扇之間安裝了風(fēng)罩。
[0017]如附圖3所示，是單基板散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖，該剖面是平行于進(jìn)風(fēng)口的豎剖面，單基板散熱器只有上基板，在上基板上安裝大功率IGBT ;如附圖4所示，是雙基板散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖，該剖面是平行于進(jìn)風(fēng)口的豎剖面，雙基板散熱器有上基板和下基板，在上基板上安裝大功率IGBT，下基板便于散熱器在機(jī)柜內(nèi)的安裝固定。
[0018]本實(shí)用新型的電子負(fù)載散熱系統(tǒng)的工作原理如下。
[0019]散熱器風(fēng)道所在的兩個(gè)對(duì)面分別為進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，直通的風(fēng)道減小了風(fēng)扇風(fēng)量流過(guò)散熱器的風(fēng)阻。IGBT元件正常工作時(shí)產(chǎn)生的熱量首先傳導(dǎo)至散熱器基板上，接著出風(fēng)口處的風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)從進(jìn)風(fēng)口吸入的冷氣體與散熱器基板下方風(fēng)道的內(nèi)部表面接觸，通過(guò)風(fēng)扇吸入的冷氣體與散熱器風(fēng)道表面間的對(duì)流換熱將IGBT元件產(chǎn)生的熱量吸收，吸收熱量溫度升高后的熱氣體通過(guò)風(fēng)罩及出風(fēng)口排出至散熱器外部，最后將熱量散至放置電子設(shè)備的機(jī)柜外部。
[0020]根據(jù)能量守恒原則得出電子負(fù)載散熱所需要的總風(fēng)量為:
[0021]~ ~ PClArT
1 ?
[0022]其中，Q為系統(tǒng)散熱所需的空氣流量，P為系統(tǒng)的總發(fā)熱量，P為空氣的密度，Cp為空氣的比熱，AT為散熱系統(tǒng)進(jìn)出風(fēng)口的溫度差。
[0023]確定了電子負(fù)載散熱所需總風(fēng)量后根據(jù)散熱器結(jié)構(gòu)選取了四個(gè)風(fēng)扇并聯(lián)抽風(fēng)冷卻方式(風(fēng)扇特性曲線是由風(fēng)扇本身性能決定)。然后，計(jì)算散熱系統(tǒng)特性曲線后結(jié)合風(fēng)扇特性曲線來(lái)確定風(fēng)扇工作點(diǎn)。
[0024]散熱系統(tǒng)的特性曲線是散熱器風(fēng)道的風(fēng)量和風(fēng)阻關(guān)系曲線。根據(jù)空氣在散熱器風(fēng)道內(nèi)流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦壓力損失可得散熱系統(tǒng)的特性曲線為:
_5] P=^PV
sI
[0026]其中，P為散熱器風(fēng)道內(nèi)的壓力損失，λ為摩擦阻力系數(shù)，V為風(fēng)道內(nèi)空氣的平均流速，I為風(fēng)道長(zhǎng)度；RS為風(fēng)道水力半徑。
[0027]散熱系統(tǒng)的特性曲線與風(fēng)扇特性曲線的交點(diǎn)即為系統(tǒng)的工作點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的為設(shè)備散熱所需的最小風(fēng)量和對(duì)應(yīng)的壓力損失。附圖5所示的是散熱系統(tǒng)風(fēng)扇工作點(diǎn)的參數(shù)，其中實(shí)線代表的是本電子負(fù)載散熱系統(tǒng)的特性曲線，虛線代表的是風(fēng)扇特性曲線。
[0028]本實(shí)用新型的電子負(fù)載散熱系統(tǒng)主要給KW級(jí)較大熱耗的IGBT散熱，為便于散熱器在機(jī)柜內(nèi)和IGBT在散熱器基板上的安裝，采用了雙基板散熱器。由于大功率IGBT電子負(fù)載的發(fā)熱量特別大，即需求風(fēng)扇的風(fēng)量很大，所以采用四個(gè)風(fēng)扇并聯(lián)增大風(fēng)量的方式對(duì)IGBT進(jìn)行集中強(qiáng)迫冷卻。在散熱系統(tǒng)的散熱器和風(fēng)扇間加裝風(fēng)罩，減小了風(fēng)扇風(fēng)量的泄露，提高了風(fēng)扇風(fēng)量的利用率，增強(qiáng)了散熱效果。
[0029]由于電子設(shè)備內(nèi)大功率IGBT電子負(fù)載總發(fā)熱量已達(dá)KW級(jí)，且散熱器的散熱風(fēng)道較長(zhǎng)，為了減小電子設(shè)備內(nèi)的總發(fā)熱量，要求不計(jì)入風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，因此在出風(fēng)口位置選用風(fēng)扇抽風(fēng)冷卻方式對(duì)IGBT進(jìn)行強(qiáng)迫散熱，降低了散熱系統(tǒng)總散熱量。
[0030]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電子負(fù)載散熱系統(tǒng),其特征在于:所述散熱系統(tǒng)包括散熱器、風(fēng)扇和風(fēng)罩；所述散熱器的上基板上安裝有大功率絕緣柵雙極型晶體管IGBT電子負(fù)載；所述散熱器為中空的長(zhǎng)方體管狀結(jié)構(gòu)，中空部分為風(fēng)道；所述散熱器風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口沒(méi)有遮擋，出風(fēng)口安裝風(fēng)扇，風(fēng)扇采用抽風(fēng)冷卻的方式工作，在出風(fēng)口與所述風(fēng)扇之間安裝所述風(fēng)罩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子負(fù)載散熱系統(tǒng)，其特征在于:所述散熱器為雙基板散熱器，上基板安裝有大功率IGBT，下基板便于散熱器在機(jī)柜內(nèi)的安裝固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子負(fù)載散熱系統(tǒng)，其特征在于:所述風(fēng)扇為四風(fēng)扇并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子負(fù)載散熱系統(tǒng)，其特征在于:所述散熱器為材料為鋁。
【文檔編號(hào)】H05K7/20GK203984859SQ201420393932
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】張東來(lái), 陳琦, 張曉峰, 張健 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院, 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部