一種適用大功率電力電子器件的水冷散熱器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種適用大功率電力電子器件的水冷散熱器，其特征在于：它包括一板狀的散熱本體，在散熱本體的一個表面上開設有位于一蛇形水道內的若干并排排列的水槽，在蛇形水道的兩端分別設置一水口，在散熱本體開有蛇形水道的表面設置有一散熱蓋板，與散熱本體開有蛇形水道相對的另一表面上開設有若干固定孔，在固定孔上安裝被散熱部件。本實用新型專利技術有效地擴大了傳熱表面積，彌補了在轉彎處的壓力損失，有效的降低了散熱器的體積和重量。本實用新型專利技術可以根據安裝的電力電子器件結構的不同，增加墊塊等設置，它可以廣泛用于多種電力電子器件散熱安裝中。（*該技術在2018年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種電力電子設備，特別是關于一種適用大功率電力電子器 件的水冷散熱器。
技術介紹
全控型大功率電力電子器件如絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)、集成門極換流晶閘管(Intergrated Gate Commutated Thyristors， IGCT)等廣泛應用在變頻器、電能質量控制器、大功率高頻開關電源中。相對二 極管和晶閘管(Semiconductor Controlled Rectifier, SCR)等不控和半控器件，全 控型開關器件的全控性和較高開關頻率特性導致相同功率電力電子器件的體積、 重量有了顯著的降低，功率密度得到了很大改善，但是，同時也對電力電子器件 的散熱提出了更高的要求。由于全控型開關器件存在導通損耗和開關損耗，隨著 電流和開關頻率的大幅度提高，器件產生的熱量也以數倍的比例增加，如果不能 及時將這些熱量散發出去， 一旦器件結溫超過最大允許值，就會導致其損壞，即 使結溫不超過其最大允許值，過高的結溫也會導致器件和設備的壽命大大降低。 因此電力電子器件的熱分析和熱設計成為每一位電力電子裝置研發人員必須面臨 的挑戰。電力電子器件的冷卻措施包括自然或者強制流動的空氣、水和油(很少采用)， 大功率電力電子器件的高熱流密度的特點決定了只能采用強制風冷或水冷卻方 式。對于百kW至MW級的大功率電力電子器件而言，水冷卻方式的散熱器由于 高冷卻效率、高功率和高體積密度的特點獲得了廣泛應用。熱管散熱器是近年來 發展比較快的一種冷卻散熱器，其本質是利用熱管良好的導熱性能，同時外配散 熱器將導出來的熱量散發出去，其造價雖降低，但是體積和重量增加，在大容量 高功率密度場合并不一定適用。SCR水冷散熱器已經有了相應的國家標準和行業標準，由于其開關頻率相對 較低，對于熱流密度較小的電力電子器件而言，SCR水冷散熱器容易設計并能夠 實現相對滿意的冷卻效果。全控型高頻開關電力電子器件由于其高頻、高功率密 度和高熱流密度等特點，設計和加工難度也大量增加。雖然有好多廠家聲稱可以 制作全控型開關器件用水冷散熱器，但多是在水冷SCR散熱器設計的基礎上進行 改造，冷卻效率低下，用戶常常由于水冷散熱器滿足不了實際應用要求而犧牲開關頻率和性能，從而導致了設備體積、重量和成本的增加。 '
技術實現思路
針對上述問題，本技術的目的是提供一種全密封、高電氣性能并適應范 圍廣的大功率電力電子器件的水冷散熱器。為實現上述目的，本技術采取以下技術方案 一種適用大功率電力電子 器件的水冷散熱器，其特征在于它包括一板狀的散熱本體，在所述散熱本體的 一個表面上開設有位于一蛇形水道內的若干并排排列的水槽，在所述蛇形水道的 兩端分別設置一水口，在所述散熱本體開有蛇形水道的表面設置有一散熱蓋板， 與所述散熱本體開有蛇形水道相對的另一表面上開設有若干固定孔，在所述固定 孔上安裝被散熱部件。所述固定孔的位置與所述水槽位置錯開排列。所述蛇形水道內的各水槽的起始點和終點位置根據所述水槽的長度錯開排 列，以彌補所述各水槽彎曲設置形成的長度損失。所述蛇形水道兩端的水口穿過所述散熱本體焊接在安裝所述被散熱部件的同 一表面。所述散熱蓋板通過焊接劑釬焊在所述散熱本體上。當安裝在所述散熱本體上的散熱部件為一 IGBT全橋逆變拓撲電路時，在所 述散熱本體的表面設置一條使安裝后的附屬電路各部件與IGBT模塊高度一致的 合金鋁墊塊，在所述墊塊上設置有一溫控開關。本技術由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本技術由于采 用了在散熱本體上設置的蛇形水道，并在圓滑過渡的蛇形水道內設置并排排列多 道水槽，因此有效地擴大了傳熱表面積，彌補了在轉彎處的壓力損失，有效的降 低了水冷散熱器的體積和重量。2、本技術由于將固定孔的開設位置與水槽位 置相互錯開，因此可以使固定孔的數量和深度不受限制，使得水冷散熱器導熱效 果更好，整體散熱器更輕薄。3、本技術的蛇形水道兩端的水口穿過散熱本體 直接焊接在固定孔一側的散熱本體表面，因此可以進一步減小水冷散熱器的厚度。 4、本技術由于將散熱蓋板通過焊接劑釬焊于散熱本體上的，因此密封性好， 散熱效果更佳。5、本技術由于將蛇形水道內的各水槽的起始點和終點位置根 據水槽的長度錯開排列，因此可以彌補各水槽彎曲設置形成的長度損失。6、由于 本技術采用了墊高合金鋁塊，方便了通過疊層母排實現吸收回路與IGBT模 塊的最小電氣距離。本技術可以根據安裝的電力電子器件結構的不同，增加 墊塊等設置，它可以廣泛用于多種大功率電力電子器件散熱安裝中。附圖說明圖1是本技術結構示意圖圖2是圖1的側視示意圖圖3是本技術被散熱部件IGBT全橋逆變拓撲電路布局示意圖 圖4是圖3中IGBT全橋逆變拓撲電路原理示意圖具體實施方式以下結合附圖和實施例對本技術進行詳細的描述。如圖l、圖2所示，本技術水冷散熱器包括一板狀的散熱本體l，在散熱 本體1的一個表面開設有位于一蛇形水道內的若干并排排列的水槽2，在蛇形水道 的進、出口分別設置一水口3，在散熱本體l的表面設置有一散熱蓋板4。在散熱 本體1上設置有若干固定孔5，在散熱本體1的另一表面設置安裝在固定孔5上的 被散熱部件10。如圖3、圖4所示，本技術被散熱部件10為一IGBT全橋逆變拓撲電路， 其主要包含兩半橋IGBT模塊ll (僅以此為例，但不限于此)，及與其對應的附屬 電路即兩吸收回路12。每一吸收回路12包括一吸收電阻13、 一吸收二極管14和 一吸收電容15，其用于降低IGBT模塊11關斷尖峰。吸收電阻13、吸收二極管 14和吸收電容15連接在與其對應的IGBT模塊11兩端。如2、圖3所示，由于兩半橋IGBT模塊11是厚度較大的塊體，因此本實用 新型的吸收回路12在安裝吸收電阻13、 一吸收二極管14和一吸收電容15的部位 設置一條合金鋁墊塊16，使安裝后的附屬電路的各部件與IGBT模塊11高度一致， 從而使得IGBT模塊11與吸收回路12的電氣距離最小。另外可以在合金鋁墊塊 16上設置一溫控開關17，溫控開關17是通過一溫度控制節點輸出，相當于一個 溫度繼電器，當本技術表面溫度升高到一定程度，就可以改變溫控開關節點 的輸出狀態，實現溫度預警或者報警，具體方式是溫度開關17由原先的閉合變成 斷開，或者相反。上述實施例中，由于安裝IGBT模塊ll的固定孔5與水槽2的位置是相互錯 開的，因此，固定孔5數目及深度可以不受到水槽2深度的限制，進而可以盡量 減少水槽2底部與另一表面之間的厚度，降低IGBT模塊ll的傳導熱阻。本實用 新型可以適用不同數目固定孔5的IGBT模塊11 ，從而IGBT模塊11的功率等級 可以根據實際采用的固定孔5的數目進行調整。上述實施例中，如圖1所示，多條水槽2均勻分布在散熱本體1的背面。每 條水槽2拐彎處進行了圓滑過渡，可以降低回路壓差。每條水槽2的起始點和終點位置不一，以彌補不同水槽2拐彎處的半徑不一樣造成的壓差損失。對于每條 水槽2的等效半徑必須保證流過水槽2的水處于紊流狀態，以實現本技術的 最佳散熱效果。上述實施例中，多條水槽2的設計可以實現等壓差和水冷本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種適用大功率電力電子器件的水冷散熱器，其特征在于：它包括一板狀的散熱本體，在所述散熱本體的一個表面上開設有位于一蛇形水道內的若干并排排列的水槽，在所述蛇形水道的兩端分別設置一水口，在所述散熱本體開有蛇形水道的表面設置有一散熱蓋板，與所述散熱本體開有蛇形水道相對的另一表面上開設有若干固定孔，在所述固定孔上安裝被散熱部件。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：喬爾敏，王愛，鄧占峰，韓天緒，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，
類型：實用新型
國別省市：11[中國|北京]