【应用】爱美达偏移折叠鳍片液冷板在IGBT冷却上的应用

时间： 2020-04-01 来源：世强

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作为电力电子重要大功率主流器件之一，IGBT已经广泛应用于家用电器、交通运输、电力工程、可再生能源和智能电网等领域。在工业应用方面，如功率变换、工业电机、不间断电源、风电与太阳能设备，以及用于自动控制的变频器。一般情況下流过IGBT模块的电流较大，开关频率较高，导致IGBT模块器件的功耗也比较大，是得器件的温度过高，而IGBT模块散热不好会造成损坏影响整机的工作运行，故需要好的散热系统来做保障。

水冷散热利用液体的比热容大于空气、小体积及散热功率高的特点得到了越来越广泛的应用。

BOYD Aavid受委托为一4500W IGBT 设计水冷散热方案

Aavid从IGBT模块的特点和要求的热阻、压降入手，分析了液体冷板(Liquid Cold Plates, LCPs)可能的设计理念。基本的想法是把IGBT直接安装在液冷板上面，再把液冷板和IGBT这个模块安装在系统内。根据可利用空间，综合考虑外部整体几何尺寸，内部流道，进出口位置，软管尺寸和材质，软管和液冷板之间的连接以及软管侧螺丝的适配器。

图1 CFD模型

内部结构根据要求的性能等级(热阻和压降)进行了定义，进行了详细的CFD仿真模拟。由于传热与表面积直接相关，所以在液冷板的流体路径内增加表面积可以增加进入液体的传热量。增加湍流度对低流速或高粘度流体尤为重要。根据压降和流速的要求，可以将鳍片添加到液冷板的高热流密度区域或添加到整个流道。Aavid工程师通过平衡加入鳍片的额外压降和流速，可以在现有体积下大幅度提高液体冷板的性能。Aavid为液冷板的改进提供了许多选择，如折叠鳍片插入，铲齿鳍插入最常见和最经济的方式来提高冷板的性能。

图2 压降云图

图3 流速矢量图

偏移折叠鳍片（Offset fin）插入是一种常见的添加钎焊液体冷板的工艺，也是Aavid的专利设计。通过钎焊将折叠翅片插入到液冷板中，鳍片表面积与流道的顶部和底部连接，其具有增加湍流和传热的额外好处，并且鳍片的结构可以根据散热和压降需求来调整。每一种类型都可以用多种材料制造，以优化性能和液体与流体的相容性。为了验证热分析和力学分析，已经制作了这个概念的原型，实验测试的结果证实了它适用于承受所要求的压力，并保证所指示的热阻和压降。

图4 Aavid Offset fin 液冷板

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