电力电子设备的冷却技术研究进展
浸没式冷却液技术指标
浸没式冷却液技术指标1.引言1.1 概述概述部分的内容可以按照以下方式编写：引言部分介绍了本文的主题和结构，而在概述部分，我们将进一步探讨浸没式冷却液技术的重要性和应用领域。
随着现代科技的不断发展，电子设备、汽车、航空航天等行业对于热管理的需求也越来越高。
而浸没式冷却液技术作为一种高效且可靠的热管理解决方案，近年来备受关注。
浸没式冷却液技术是一种将电子设备或其他热源完全浸没于散热液体中，通过散热液体的传导和对流来吸收和传递热量的方法。
相比于传统的风冷和传导式散热方法，浸没式冷却液技术具有更高的散热效率和更低的热阻，能够更好地降低设备的工作温度，提高设备的性能和寿命。
在浸没式冷却液技术中，散热液体通常采用高导热系数的液体，如油类或水类介质。
这种导热液体能够有效地吸收设备产生的热量，并通过自然对流或辅助泵的方式将热量传递到散热系统中，进而排出。
这种全封闭的散热方式不仅可以提供更加均匀的散热效果，还能够降低设备产生的噪音和电磁干扰，提高整体系统的可靠性和稳定性。
浸没式冷却液技术的应用领域非常广泛，涵盖了电子设备、电力电子、光电子、新能源、汽车电子、航空航天等多个行业。
例如，在电子设备领域，浸没式冷却液技术可以用于高性能计算机、服务器、数据中心等设备的散热管理，有效地降低设备的工作温度，提高计算性能。
在汽车电子领域，浸没式冷却液技术可以应用于电动汽车的电池散热管理，提高电池系统的效率和寿命。
在航空航天领域，浸没式冷却液技术可以用于卫星、导弹等高温环境下的电子设备散热，确保设备的正常工作。
本文将在接下来的部分对浸没式冷却液技术的技术指标进行详细介绍和分析，通过对其导热性能、传热效率、散热系统设计等方面的研究，进一步探讨该技术的优势和应用前景。
通过以上的概述，读者可以初步了解浸没式冷却液技术的背景和重要性，并对本文的结构和内容有一个整体的把握。
接下来的章节中，将进一步展开对该技术的详细介绍和分析。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以写成这样：文章结构部分旨在介绍本文的章节组织和内容安排。
LSF—Z型密闭式纯水冷却系统的研制与应用
为适 应大功 率 电力 电子 设备 在高 压条件 下 的使 用要求 ，防止在高 电压环境 下产生漏 电电流 ，冷却介 质必须具备极低的 电导率，因此在主循环冷却回路上
并联 了去离子水处理 回路 。预设定流量的一部分冷却
击 作用 ，减小对 晶 闸管 阀组 的危害 ； （） 证整 个 密 闭式 水 冷 系统 中 ，晶 闸管 阀组 ２保 进 口处 的水温最低 ，冷 却效 果更好 。
一
３ — ２
ＬＦｚ Ｓ ＿ 型密 闭式纯水冷却系统的研翩与直甬。
电工 电气 （０２Ｎ ． ２ １ ｏ８ ）
效果 最好 ，具有 体积 小、安全 、高效 、环保 、节 能 、 使用 寿命 长等优 点 ，很快 就在大 功率 电力 电子装 置 的冷 却系 统 中得 到广泛 的应 用 。
除 ，达 到 长 期 维 持 极低 电导 率 的 目的 。 另 一支
会 自动启动 把补 水箱 中的纯净 水泵入 水冷 系统 回路 中，在 这个 过程 中要经 过制水 离子 交换器 ，降低 纯 水 的 电导 率 。离 子交换树 脂采 用非 再生树 脂 ，吸 附
运行状态 进行监控 ；对上述 电机 的运行起保护 作用 。 主循环 冷却 回路 ：主循 环冷却 介质在 主循 环泵 动 力作 用 下 ，通过 循 环 电动 三通 阀、水 风 换热 器 、 主 过滤器 、 晶闸管 阀组 、气 水分 离器 、高位水 箱流 回主循环 泵入 口。阀体 的热 量通 过水风 换热器 与外 界进 行热 交换 。高位 水箱 的作用 非常重 要 ，利 用高 度 差稳 定整个 系统 的压力 ， 同时可 以使 系统 内多余 的水流入 高位水 箱 ，起 到缓冲 的作 用 。 副循 环去 离子 回路 ：去离子 水 回路 分为 两个支 路 ，一 是并联 于主循 环 回路 的支路 ，主要 由循环 离 子 交换 器及 相关 附件组成 ，对 主循环 冷却 回路 中的 部 分介 质进 行纯化 。通过对 冷 却水 中离子 的不 断脱
新型电力电子技术的研究现状和应用
新型电力电子技术的研究现状和应用一、研究现状1.功率电子器件：传统功率电子器件如晶闸管、可控硅等在高频、高压应用场景下存在效率低、体积大、重量重的问题。
研究人员开展了一系列研究工作，提出了新型功率器件如SiC、GaN器件等，这些器件具有功率密度高、开关速度快、损耗低等优点，在新能源领域广泛应用。
2.拓扑结构：传统的逆变器、变频器拓扑结构复杂，自然开关损耗大，电磁干扰等问题，研究人员提出了一系列新型拓扑结构。
例如，多电平逆变器、谐振逆变器等能够有效降低开关损耗、提高效率，并且减少电磁干扰。
3.控制策略：新型电力电子技术需要控制策略的支持，为了提高功率电子设备的性能，研究人员提出了多种新的控制策略，如模型预测控制、直接功率控制等。
这些控制策略能够提高系统的响应速度、降低谐波失真并且减小电流、电压的波动。
二、应用1.电力变换装置：新型电力电子技术在电力变换装置中得到广泛应用，如光伏逆变器、风力发电机组、电动汽车充电桩等。
这些装置中需要将直流电源转换为交流电源，新型电力电子技术能够提高转换效率、降低谐波和电磁干扰，提高系统的可靠性和电能利用率。
2.电力质量控制：电力质量问题如电压波动、谐波、电流不平衡等不仅会对电力系统运行造成损害，还会对电力设备的寿命和性能产生影响。
新型电力电子技术能够通过改善电力质量问题，提高供电稳定性和可靠性。
3.新能源接入系统：随着新能源的大规模接入，新型电力电子技术在光伏发电、风力发电等新能源接入系统中发挥了重要作用。
它能够提高电能的利用效率、降低电网对新能源的影响，并且实现新能源与电网之间的无缝连接。
4.电力电子变压器：电力电子变压器是近年来新型电力电子技术的研究热点之一、它将传统的电力变压器中的铁芯变为功率电子器件，通过调整开关管的开通时间来实现电压变比的调整，降低了噪音和体积，提高了能效。
综上所述，新型电力电子技术在功率电子器件、拓扑结构、控制策略等方面的研究进展迅速，并且在电力变换装置、电力质量控制、新能源接入系统、电力电子变压器等领域得到了广泛应用。
微通道液冷散热技术及应用
微通道液冷散热技术及应用引言：在如今高性能电子设备越来越小型化、集成化的背景下，散热问题成为制约其发展的重要因素。
传统的散热方式已经无法满足高性能电子设备的需求，因此微通道液冷散热技术应运而生。
本文将介绍微通道液冷散热技术的原理和应用，并探讨其优势和未来发展前景。
一、微通道液冷散热技术的原理微通道液冷散热技术是一种通过微细通道将流体导入至电子设备的散热部件，利用流体的传热性能来实现散热的技术。
其原理是通过微通道内的流体与散热元件接触，将散热元件的热量传导到流体中，然后通过流体的流动将热量带走，从而达到散热的效果。
微通道液冷散热技术的热传导速度快、散热效果好，能够有效解决高性能电子设备散热困难的问题。
二、微通道液冷散热技术的应用微通道液冷散热技术在多个领域具有广泛的应用前景。
首先，在计算机领域，微通道液冷散热技术可以用于处理器、显卡等高性能设备的散热。
相比传统的风冷散热方式，微通道液冷散热技术能够更加高效地将热量带走，提高设备的工作效率。
其次，在光电子领域，微通道液冷散热技术可以用于激光器、光通信设备等光电子器件的散热。
由于光电子设备的工作过程中产生大量热量，传统的散热方式效果有限，而微通道液冷散热技术能够有效地降低设备的温度，提高设备的稳定性。
此外，微通道液冷散热技术还可以应用于电动汽车、航空航天等领域，提高设备的性能和可靠性。
三、微通道液冷散热技术的优势微通道液冷散热技术相比传统的散热方式具有多个优势。
首先，微通道液冷散热技术能够实现高效的热传导和热扩散，提高散热效果。
其次，微通道液冷散热技术的散热部件体积小、重量轻，适用于高性能电子设备的紧凑空间。
此外，微通道液冷散热技术还可以实现模块化设计，方便维护和升级。
综上所述，微通道液冷散热技术在散热效果、体积重量和设计灵活性等方面具有明显的优势。
四、微通道液冷散热技术的未来发展前景微通道液冷散热技术是目前解决高性能电子设备散热难题的有效手段，其未来发展前景广阔。
peltier半导体恒温制冷方式
Peltier 半导体热电冷却方法导言佩尔蒂埃效应以法国物理学家让·查尔斯·阿塔纳泽·佩尔蒂埃（Jean Charles Athanase Peltier）命名，是一种电流通过两个不同的导电器可以造成两个交汇点之间的温度差的现象。
这一效应可用于Peltier半导体热电冷却装置，以准确高效地控制各种应用的温度。
作业原则Peltier冷却设备利用Peltier效应在设备上形成温度差。
当低压电流被应用到设备上时，热量会在一个路口（冷面）被吸收，在另一个路口（热面）释放。
这使得设备能够根据电流的方向和设备的设计，冷却或加热特定区域。
Peltier 冷却的好处佩尔蒂埃冷却的一个主要优点是它能够提供精确的温度控制。
这对实验室设备、医疗器械和对温度敏感的电子产品等应用特别有利。
Peltier冷却也消除了对制冷剂的需求，使其成为更环保的冷却选择。
Peltier冷却装置往往很紧凑，重量较轻，因此适合便携式和受空间限制的应用。
挑战和考虑虽然Peltier冷却有几种好处，但也有一些需要意识到的挑战和考虑。
与传统的压缩机制冷系统相比，Peltier设备的冷却能力有限，这是主要的挑战之一。
这使得它们不太适合大规模冷却应用。
Peltier设备可能需要有效的散热机制，以防止过热并保持最佳性能。
案例研究：Peltier 冷却DNA放大应用Peltier半导体热电冷却的一个例子是DNA放大过程，如聚合酶链反应（PCR）。
PCR是分子生物学中常用的一种技术，用于在多个数量级上放大一个或几个DNA片段的单拷贝或几拷贝，生成数千至数百万份特定DNA序列的拷贝。
在PCR中，精确的温度控制对于饱和，厌退，扩展步骤至关重要。
佩蒂埃冷却装置常被集成到PCR热循环器中，以提供DNA放大所需的精确温度控制。
Peltier设备在不同温度之间快速而准确地切换的能力使得PCR能够高效循环，导致放大时间缩短，整体性能得到改善。
电驱动系统冷却设计
Ø电机的功率极限能力往往受电机的温升极限限制，因此提高电机冷却散热能力能立竿见影的提高功率密度。
Ø优化的热管理设计可以大幅提高电机的额定功率，并能增加其在峰值功率水平下的运行时间，同时几乎不增加制造成本。
所以优化的热管理设计可以将电机性能、效率、成本和电机尺寸之间形成更加优化的均衡。
风冷水冷油冷✓比较普遍✓散热好✓功率密度得到提升✓降温效果好✓尤其适合扁线电机✓可能会成为趋势✓功率密度进一步提升常见电机冷却方式优缺点对比p 水冷技术是目前的主流的散热方式，但其无法直接冷却热源，绕组处的热量需经过槽内绝缘层、电机定子才能传递至外壳被水带走，传递路径长，散热效率低，且各部件之间的配合公差更是影响了传递路径的热阻大小。
p 油冷和水冷的优势在于，绝缘性能良好，油的沸点和凝点比水要高，使冷却液在低温下不易结冰，高温下不易沸腾。
✓体积小✓重量轻✓散热相对较差B-转子轴油冷（喷出至转子内部）C-转子轴油冷（喷出至绕组端部）D-转子轴油冷（不喷出）E-端盖喷油（喷出至绕组端部）H-定子硅钢片外油冷G-定子硅钢片内油冷F-端盖喷油（喷出至转子铁芯端板）A-水冷（外水套）常见的水冷&油冷方案p按照冷却油与定子轭部的接触形式主要分为直接油冷和间接油冷方式。
直接油冷又包括浸油式和喷油式两类。
冷却方式效果主要应用代表厂家水冷★纯电动及三合一总成国内主要永磁电机水冷+灌封★☆纯电动及三合一总成，P2混动电机大众DQ400E油冷★★混合动力及纯电动总成特斯拉，日电产，丰田，本田，通用，宝马等车载油冷电机冷却方式效果对比环形喷油冷却冷却效果较好对油管管路要求高，布置困难。
需要留出安全距离通用沃兰达单管喷油冷却布置简单，成本低冷却效果差，可能有局部死点丰田P710双管喷油冷却布置简单，成本低冷却效果较差，油管开孔要求高本田IMMD油道淋油冷却冷却效果相对最好对油量要求高特斯拉 MODEL3， BOLT甩油冷却散热均匀高速容易雾化，散热能力变差特斯拉，BOLT常见的水冷&油冷方案效果对比轴向式圆周式螺旋式圆周式水道是比较流行和平衡的选择，流道数目一般在3-6之间为宜。
变电站主变冷却风扇变频调速系统的研究及其应用
高低 而 变化 ， 使其 出力 与主 变压 器散 热所需相适 应 ， 而达 到 部 逆 变桥 六 个开 关器 件 的导 通和 截 止 ， 出频率 变化 了的交 从 输
整流模 块主 电路 由整流 二极管组 成三
相 整流桥 ， 电源 的三相 交流 电全 波整 流成 直流 电。滤 平全 将
当负载变 化时 ， 使直流 电压 保持平 稳。 近 十几年 来 ， 随着 电力 电子 技术 、 现代控 制理论及 计算 机 波整 流后 的 电压波纹 ；
１ － 耗 能模 块 电动机 在 工作 频率 下 降过程 中 ， ．３ ２ 将处 所 使直流 电压 不断上 度控 制 中。 因为其 具有 高效 率 的控 制特 性及 良好节 能效 果 ， 在 发 电状 态 ， 发 电会反馈到直 流 电路中 ， 甚至可能达到危险的地步。因此， 必须将再生到直流电路 在各行 各 业得 到很 好 的应用 。利 用 变频技 术 ， 制和调 整 大 升， 控
的综合 自动化装置上 ， 然后将变频器输 出频率、 出电压 、 出 输 输
控制回路运行状态 有选 择的上传 到远 端。 目前 不 管 是安 装 在 发 电厂 还 是运 行 在 变 电站 的 大型 电 电流 或者 输出功率 、 １２ 变 频器 的研 究 ． 力 风 冷 变压 器 ， 运 行 中所 带 负 荷 随 时 都 在 发 生 变 化 ， 其 尤
节 能减 排 效 果 。
流 电， 动主 变冷却风 扇。 起
关键词 ： 主变压 器 ； 却风扇 ； 冷 变频 节能 ； 制 系统 ； 控 中间试验
半导体冷却制冷方案
半导体冷却制冷方案1.引言1.1 概述在半导体器件的运行过程中，发热是一个普遍存在的问题。
过高的温度不仅会降低半导体器件的性能和可靠性，还可能导致设备的损坏甚至失效。
因此，半导体器件的冷却问题一直是一个重要的研究领域。
本文将探讨半导体冷却制冷方案，旨在解决半导体器件发热问题，提高其工作效率和稳定性。
随着技术的不断进步，冷却技术也在不断发展，目前已经涌现出许多高效的半导体冷却制冷方案。
通过对传统冷却技术的介绍和分析，我们可以看到其存在的一些问题和局限性，比如制冷效果有限、能耗较高等。
为了解决这些问题，研究人员提出了一些新的制冷方案，如热管技术、热电制冷技术、基于纳米材料的制冷技术等。
热管技术是一种基于热传导原理的高效冷却技术，通过高热导率的工质在内外两侧建立热传导通道，实现热能的快速传递和散发。
热电制冷技术则是利用热电材料的特性，通过热电效应将热能直接转化为电能或者将电能转化为热能，从而实现对半导体器件的冷却。
此外，基于纳米材料的制冷技术也引起了研究人员的兴趣。
纳米材料由于其特殊的尺寸效应和表面效应，在制冷领域具有巨大的潜力。
例如，纳米流体冷却技术利用具有高热导率和较大比表面积的纳米流体对半导体器件进行冷却，可以实现更高效的热传导和散热效果。
总的来说，半导体冷却制冷方案是一个非常重要和前沿的研究课题，对于提高半导体器件的性能和可靠性至关重要。
本文将对冷却技术概述和半导体冷却制冷方案进行详细介绍和分析，旨在为相关研究和应用提供一定的参考和指导。
文章结构部分的内容如下：文章结构部分旨在介绍本文的组织结构和各个章节的内容安排。
通过正确的结构分布，读者能够更加清晰地理解文章的思路和逻辑关系。
本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要由三个方面组成：1.1 概述：对半导体冷却制冷方案的背景和重要性进行简要介绍。
解释半导体冷却作为一种制冷技术的关键性质和具体应用领域。
1.2 文章结构：给出本文的整体结构和各章节的摘要，以帮助读者更好地理解和阅读整篇文章。
浅谈高压变频器的原理及冷却方式
浅谈高压变频器的原理及冷却方式摘要：主要论述了高压变频器的几种常见散热方案，随着电力电子技术的发展，变频器的应用愈加广泛，逐步向大容量及高电压迈进，高压变频器都以交流-直流-交流的转换形式居多，在转换过程中会产生大量的热量，只有将这部分热量耗散掉，才能保证变频器的安全稳定运行。
关键词：变频器;冷却方式;水冷系统;空水冷系统引言随者我国高新科技应用水平的不断成熟，高压变频器技术理论体系不斯完善，实践应用水平逐步提高，高压变顺器在治金、电力等诸多行业得到了较为广泛的应用。
一般面盲，高压变额器在治金、电力等诸多行业上的巨大应用潜力和节能价值以及其优良的调速性能等，使高压变强器具备了较为广阏的未来市场发展空间和发展前景，也为电力、省金等诺多行业提供了源源不竭的发展动力。
目前，高压变频技术已成为电力电能领城以及治金治炼行业的重婴关注内容，为大功率传动装备的应用和企业经济效益的达成提供了重要支拉，因此，对高压变辣器特性及应用的搽讨与研究具备重要理论意义和现实价值。
1高压变频器结构原理高压变频器以多个功率单元串联多电平输出高压为当前主流产品，主电路采用交-直-交变流结构。
成套高压变频器主要由高压开关设备、移相变压器、功率单元、控制单元及冷却设备组成。
高压开关设备用于接通断开的输入电源和负载，切换工频旁路；移相变压器将网侧高压变换为多组低压，各副边绕组采用延边三角接法，相互之间有一定的相位差。
功率单元是变频器核心，采用多重电路新型接法结构将其均分成三组，每组一相，每个单元将三相交流电进行整流储能滤波逆变后输出单相低压交流电，每组多个功率单元输出侧串联形成高压，各单元具有故障自检自动退出功能，非故障单元正常工作可保障电机继续运行或自动切换到高压旁路工频运行，避免停机造成损失，模块化设计利于故障时迅速替换。
控制单元对变频器主回路进行检测、控制及保护，对外传输接收指令信号及参数，控制单元通过光纤对每一个功率单元进行整流、逆变控制与检测，实现电气隔离。
现代电子器件的冷却知识讲解
一、笔记本电脑CPU的冷却
• 随着笔记本电脑性能的提高，其所采 用的部件运行频率越来越高，相应所产生 的热量也越来越大，使得系统稳定性大受 影响。现在竞争的战火已经燃烧到了笔记 本电脑相关的各个领域，厂商们为了在竞 争中胜出，都提高了笔记本电脑的技术含 量，尤其是在散热方面的技术，真所谓 “八仙过海，各显神通”。下面，我们就 来看看笔记本电脑CPU的散热技术。
这些损耗使芯片产生内部功率损耗即内损耗。内 损耗引起芯片温度升高，而芯片温度高低除与器件内 损耗大小有关外还与芯片到外界环境的传热结构、材 料和器件冷却方式以及环境温度等有关。器件的芯片 温度无论在稳态还是在瞬态都不允许超过器件的最高 允许结温，否则，将会引起器件电的或热的不稳定而 导致器件失效。因此设法减小器件的内部损耗、改善 传热条件，对保证器件长期可靠运行有极其重要的作 用。
•
晶体管的制工艺也是造成CPU发热的原因。
CPU内部核心由硅晶体管组成，硅晶体管的栅极
氧化物绝缘层制作得越薄，晶体管开关状态转换
速度越快的能耗，已经成为目前CPU 能耗的最大来源之一。
• 英特尔公司公司研制一种称为“高K栅极绝缘 体”的材料，这种新型晶体管的栅极电流泄漏会
• 笔记本电脑CPU的冷却已有相当一部分采 用微型热管解决，一般微型热管的直径为3 mm 左右，它与现有的风扇加热沉结构相比有明显 的优点。针对电子冷却的特定要求，现已开发 了重力辅助热管、柔性回路热管、平板型电子 冷却热管和微型空气对空气换热管等多种微型 管。直接埋入芯片硅衬底中的微型热管已经开 发，可代替在集成电路中起导热作用的金刚石 膜。
• 微热管是随着微电子技术的发展而发展起 来的一门新兴技术。随着电子元件集成密度的 增加，其产生热量的散逸变得困难。电子元件 除了对最高温度有要求外，对温度的均匀性也 提出了要求。作为一项很有发展前景的技术， 微型热管正是应用于电子元件中，以提高热量 的导出率和温度的均匀化。由于其尺寸小，可 减小流动系统中的无效体积，降低能耗和试剂 用量，而且响应快，因此有着广阔的应用前景。 例如，流体的微量配给、药物的微量注射、微 集成电路的冷却及微小卫星的推进等。
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热加工工艺技术与材料研究电力电子设备的冷却技术研究进展
张小京1,易志华2(11西南科技大学信息工程学院,四川绵阳621010;21西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071)摘 要:为了适应电力电子集成技术高热密度散热的需求,在对传统的冷却方式不断改进的同时,一些新型高效的冷却方式不断涌现。本文对几种常用冷却方式的原理、优缺点及最新的研究动态进行了综述,为电力电子设备热设计人员选择合适的冷却方式,进而设计出高效的散热装置提供方便。关键词:电力电子设备;冷却技术;散热装置中图分类号:TK123文献标志码:B
近年来电力电子集成技术的迅速发展,使得电力电子装置设计和维护难度显著降低,极大地推广了电力电子装置的应用范围。目前,电力电子集成技术面临的问题,概括地讲就是如何使电力电子装置的功能越来越完善,体积越来越小,这对装置的材料、工艺以及电路本身都提出了巨大的挑战;而随之在装置内部产生的高热流密度更是受到了人们的普遍关注,甚至认为传热问题成为了电力电子集成技术继续进步的瓶颈[1]。由于电力电子设备的小型化和集成化,要求其散热装置具有紧凑性、可靠性、灵活性、高散热效率、不需要维修等特点,从而为现代传热技术在电子冷却领域的应用提出了新的课题。这就要求广大从事电子设备热设计的科技人员在对传统的冷却方式改进的同时,不断探索、研究、开发新型高效的冷却装置。以下就对几种常用冷却方式的原理、优缺点及目前的研究进展分别介绍。1 各种冷却方式的特点及新进展图1 风冷翅片散热器1.1 风冷翅片散热器风冷翅片散热器分2个部分,和热源直接接触的部分为翅片散热器,他负责将热源发出的热量引出;风扇则用来给散热器强制对流冷却降温。其冷却效果与使用的散热器的结构密切相关。目前有关研究主要集中在散热器的散热特性及结构、材料的优化上。影响强制对流冷却效果的另一个参数是风速,风速越大,散热器的热阻越小,但流动阻力越大,适当提高风速有利于热阻的降低,但风速超过一定数值之后再提高已无多大意义[2]。该散热方式由于具有结构简单,价格低廉,安全可靠,技术成熟的优点,而成为最常用的散热方法之一;其缺点则是:不能将温度降至室温以下;且因风扇的转动而存在噪音;风扇寿命有时间限制。1.2 水冷虽然风冷翅片散热器成本低廉,但受到散热能力的限制,随着热流密度不断提高,具有更大散热能力的水冷装置的应用将大行其道。根据文献[3],气体强制对流换热系数的大致范围为20～100
W/(m2・℃),水强制对流的换热系数高达15000
W/(m2・℃),是气体强制对流换热系数的百倍
以上。
图2 某大功率模块底部结构目前,很多电力电子装置都是用水冷装置作为散热系统,该系统通常由散热器,水管及一个水泵组成。散热器有一个进水口及出水口,在其内部有多条水道,这样可以充分发挥水冷的优势,带走更多的热量。同时因水冷系统没有风扇,所以不会产生振动,噪声也会相对较小。该系统的缺点是价格比较昂贵,水在密闭状态下容易发生结垢、变质,在使用过程中还要完全杜绝漏水、断水等情况的发生。同时该系统在使用过程中由于水的流动会造成电子元件周围电磁场的一些变化,可能会影响到系统的稳定性。图2是某大功率模块水冷系统上部的照片,从图上可以看出,1
根进水管和1根出水管直接连到封装结构内部,一旦漏水将对系统造成很大的损失。1.3 微通道冷却微通道冷却
・34・《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究 2008年 第1期是通过微加工技术在高导热率的材料上加工出微通道(通道直径为微米级),其结构如图3所示,在底面加上的热量经过微通道壁传导至通道内,然后被强制对流的流体带走。图3 微通道结构研究表明,由于微通道尺寸微小,极大的增长了流体与散热器的接触面积,液体在微通道内被加热会迅速发展为核态沸腾[4],此时液体处于一种高度不平衡状态,具有很大的换热能力,比常规空气强迫对流的传热能力高出1～2个数量级,可以达到790W/cm2[5],因而极大地提高了散热效果,是目前国内外研究的热点。研究内容主要侧重于通过试验研究微通道的结构参数(翅片间距、翅片长度等)对通道内的流动换热过程、流动阻力(通道2端的压差)的影响,但对微尺度传热的机理与理论研究得比较少。由于微通道的截面积很小,液体单相流经微通道时会伴随较大的温升,这会引起热应力过高或芯片热电不匹配等严重的问题。通过提高压力增大流速可以降低温升,但流速又受到噪音等因素的制约不能足够大,从而不能从根本上解决温升问题。利用气液相变可以解决温度梯度过高的问题,但这又会带来结构复杂,流动需要更大的压降等问题。1.4 半导体制冷半导体制冷是由半导体按照特殊的结构组成的一种制冷装置,是近年来迅速发展的一项高新技术。其基本原理是珀耳贴效应,如图4所示,由X及Y2种不同的金属导线所组成的封闭线路,通上电源之后,冷端的热量被移到热端,导致冷端温度降低,热端温度升高。图4 半导体制冷原理图如图5所示,NP型半导体通过金属导流片链接,当电流由N通过P时,电场使N中的电子和P中的空穴反向流动,它们产生的能量来自晶格的热能,于是在导流片的一端吸热,而在另一端放热,这样就产生了温差。图5 半导体制冷结构图半导体制冷的优点是:能够满足高热流密度的特殊情况,可以把温度降至室温以下;使用闭环温控电路,温控精度可达±0.1℃;无运动部件,失效率低;寿命大于20万小时;工作时无噪音,但存在制冷效率低、制冷温差较小等不足,究其原因主要是材料的优值系数不高,因而大部分的研究工作放在寻找更好的半导体材料上。
图6 典型热管内部结构示意图1.5 热管典型的热管由管壳、多孔毛细管芯和工作介质组成,如图6所示。工质在真空状态下从蒸发段吸收热源产生的热量汽化后,在微小的压差作用下,迅速流向冷凝段,并向冷源放出潜热而凝结成液体,凝结液再在吸液芯毛细抽吸力的作用下从冷凝段返回蒸发段,再吸取热源产生的热量。如此循环往复,不断将热量自蒸发段传递向冷凝段。热管最大的优点是能在温差很小的情况下传递大量热量,其相对导热率是铜的几百倍,被称为“近超导热体”[6],但任何一只热管都存在传热极限,当
蒸发端的发热量超过某极限值时,热管内的工作介质便会全部汽化,导致循环过程中断,热管失效。由于目前我国在微型热管的技术方面还不成熟,使得热管在电力电子设备冷却中还没有得以广泛的应用。
图7 沿径向传热的平板热管近年来,国内外对平板热管(flat
plateheatpipe)研
究较多,研究内容主要集中在研究充液率、工作温度、倾角、冷却方式等因索对平板热管传热性能的影响,管芯大多采用微型槽道,其在传热机理上与普通的热管没有大的区别,都是进行轴向传热,只是形状有所不同;文献[7]则针对电力电子设备集成化对冷却技术的要求设计了一种沿径向传热的平板热管,该种平板热管在传热方向上的尺寸较小,结构紧凑,并能
・44・《新技术新工艺》・热加工工艺技术与材料研究 2008年 第1期数字化CO2焊逆变焊机送丝及接口电路设计研究3石红信,朱仁萍,宋纪霞,赵建涛,路凯通(河南科技大学材料科学与工程学院,河南洛阳471003)摘 要:在数字化CO2焊机研究中,需要解决送丝接口电路的设计问题。基于一元化控制的要求,完成了一种以脉冲调制芯片TL494为控制核心的斩波送丝电路,并为其设计了与数字化CO2弧焊逆变主控电路的接口电路。该送丝电路符合模块化的电路设计思想,能够较好的与数字化主控电路实现同步。关键词:弧焊逆变器;送丝机;模块化接口;数字控制中图分类号:TG434.5 文献标志码:A
CO2焊是一种应用非常广泛的焊接工艺,通常采用平特性电源匹配等速送丝电机。在数字化CO2焊机系统设计中,要采用高性能的送丝电路,并且基于一元化控制的要求,需要解决送丝电路与数字化主控电路及显示电路的接口设计问题。作者设计了脉宽调制的斩波送丝电路,并完成了接口电路设计。1 斩波送丝电路斩波送丝电路如图1所示。整个电路分为主电路和控制电路,主电路工作如下:通过二极管D1～D4整流,电容C1滤波,将交流Ui转变为相对稳定的直流电压。S1为斩波开关器件,选用N沟道增强型MOSFET管,通过控制开关器件S1的输入脉冲宽度(恒定频率),可获得连续可调直流输出电压Uo,幅值为(0～2Ui)。S1关闭时,送丝电机通过二极管D5、D6续流。送丝机工作时S2断开;停止工作时S2闭合,C2通过R2、S2迅速放电,使送丝电机快速止动。R13、VR1组成送丝速度给定电路,送丝电压给定Ug取自可调电阻VR1。电阻R4～R9、PNP型三极管T1、电容C3一起组成送丝电机电压采样电路,C3为滤波电容,滤除尖峰电压干扰,在系统稳态工作分析中可以认为其为断路。R4上的压降U
R4
约等于R6上的电压U
R6(
UR4=UR6+0.7V),U
R4
正
比于Uo,故UR6、I
R6(ie)正比于Uo。将R7//(R8+
R9)看作整体R,其上电流IR(ic)约等于IR6(ic≈ie),UR正比于Uo,UR9即Uf正比于UR,所以采样电
压Uf正比于Uo。控制核心采用TL494,作为PWM
发生器。UfPWM
脉冲宽度将逐渐增大,Uf>Ug时则反之,直到U
f=
够迅速将热源的热量扩散并传递给散热器冷却,但技术尚不成熟,目前仍处于研究开发阶段。
2 结语综上所述,电力电子设备集成度的提高依赖于散热装置冷却能力的提高,随着集成技术的发展,冷却方式也将不断推陈出新。除了以上介绍的几种常用的冷却方式外,空调制冷、埋入式制冷等新的冷却方式也正在被研究应用。但是每种冷却方式都有各自的优缺点和使用范围,在及时了解各种冷却方式的特点及研究进展的基础上,结合电子设备的具体结构和特点,为电子设备选择可靠性高、成本低廉、外形小巧美观的冷却装置是电子设备热设计工作人员的重要工作。
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