陜西電力半導體器件-大功率電力半導體器件用相變散熱器簡(jiǎn)介
近年來(lái)，隨著(zhù)科技水平的不斷提高，大功率電力電子器件正向集成化和微型化發(fā)展，變頻器功率容量也因而快速地增長(cháng)?，F有的變頻器中的功率器件主要是以IGBT模塊（如圖1.1）為主，故變頻器的散熱問(wèn)題在很大程度可以歸結為IGBT的散熱。變頻器在工作過(guò)程中，產(chǎn)生的功率損耗將造成了功率器件持續不斷地發(fā)熱，而這些功率器件本身屬于溫度敏感性器件，其開(kāi)關(guān)過(guò)程極容易受到溫度變化的影響，變頻器的可靠性和穩定性也將大打折扣。因此，變頻器散熱器的好壞，會(huì )大大影響其自身工作的可靠性，是保證系統能否正常運行的關(guān)鍵。
國內的電力電子行業(yè)也越來(lái)越著(zhù)眼于各種電子設備產(chǎn)品的散熱設計，對包括IGBT模塊在內的電力電子器件的熱可靠性設計提出了更加嚴格的要求。傳統的散熱方式主要包括自然風(fēng)冷、強迫風(fēng)冷、液冷等。其中自然風(fēng)冷與強迫風(fēng)冷散熱能力有限，只適用于熱流密度不大于10W/m2的小功率器件散熱，已不能滿(mǎn)足現階段大功率器件的散熱需求。
液冷系統則有著(zhù)較好的換熱能力，但是其系統復雜，部件繁多，對空間和成本都有一定的要求。因此，熱管憑借其極高的導熱速率、可變的熱流密度、可逆的熱流方向、優(yōu)良的等溫性能和無(wú)需額外動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)，成為當前高熱流密度設備散熱的理想元件。對于熱管技術(shù)的相關(guān)研究，也成為當下的熱門(mén)話(huà)題。
熱管是一種具有很高傳熱性能的元件，它可將大量熱量通過(guò)其很小的截面積遠距離傳輸而無(wú)需外加動(dòng)力，其工作溫區從-273℃一直到1000℃。熱管具有其他傳熱技術(shù)所不具備的許多優(yōu)點(diǎn)：傳熱效率及可靠性、隔離性、低阻力、體積小、可控制等。因此，熱管技術(shù)已經(jīng)在越來(lái)越廣闊的領(lǐng)域取得卓有成效的應用。我國熱管技術(shù)在化工、建材、冶金、動(dòng)力工程、生物工程、航空、航天等方面應用處于地位。本文將主要介紹熱管換熱器原理及應用。
早在1942年，Gauler就曾提出熱管的原理。1962年，L. Trefethen再次提出類(lèi)似于Gauler 的傳熱元件，但因故未能實(shí)施。1964 年，Grover將此傳熱元件正式命名為熱管（heat pipe），并指出它的熱導率超過(guò)了任何一種已知金屬。1965年，Cotter提出了較完整的熱管理論，給出了熱管工作時(shí)各個(gè)傳熱傳質(zhì)過(guò)程的基本方程，提出了計算熱管工作毛細極限的方法。1967年，一根不銹鋼-水熱管被送入地球衛星軌道并運行成功，從此吸引了更多的科學(xué)技術(shù)工作人員從事熱管研究，許多地方均展開(kāi)了大量的研究工作，使熱管技術(shù)得以快速發(fā)展。