大功率散热「igbt散热」

今天带来大功率散热「igbt散热」，关于大功率散热「igbt散热」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

随着智能化、集成化技术的发展，电子元器件如芯片等集成运算技术与产品的应用越趋普遍，面对连续性大功率耗能运算，超负荷运行的电子元器件随时面临过热而损坏的风险，因此，高效的散热方法与技术显得尤为重要。这里面不得不谈的就是我们引以为傲的高速动车组的散热系统以及其集成的中枢IGBT。

IGBT( Insulate Gate Bipolar Transistor)绝缘栅双极晶体管是电力机车中的牵引变流器、制动电阻电路断路器、逆变器等核心电器设备的核心部件，由IGBT晶体管组成的功率模块是牵引变流器最主要的统一化元件。伴随其高频、大功率和高集成化发展，设备单位面积的热流密度越来越高，IGBT芯片温度直接影响到IGBT承载电流的能力，工作效率和使用寿命，而较高的散热量无法通过常规的冷却方式来保证功率模块的安全运行，因此需要根据发热的情况采取各种不同的冷却措施以保证其安全工作。再加上电力机车受到重量、体积的严格限制，对与其相匹配的机车用功率器件—水冷换热器、风冷散热器的要求必然比地面装置苛刻得多。而无论散热器还是换热器，基本以铜、铝材质为主，且流道内设计较为复杂，这些设计的目标均为增加单位散热面积，降低工作元件的温升。

以下是对动车组行驶2年、10年的车体内水冷换热器用铜管进行的拆解，并通过SEM、EDS等化学分析手段更进一步的了解。

其中：

1、经三酸处理后运行2年车的扫描电镜图

2、经微纳岚化处理后运行2年车的扫描电镜图

3、经三酸处理后运行10年车的扫描电镜图

等SEM扫描电镜均能说明其问题，下面我们不妨直接构建一个新的结构阐述，其中包括：①构建微凸体结构，②计算流场流力状态，③模拟出口界面速度分布，④微凸体附近流场结构分析等。

我们从中可以发现：

表面粗糙度对接触界面间流体的流动起到阻碍作用（即阻力），在其他条件不变的情况下，表面粗糙度越大，流体阻力越大。

根据Young方程可知，固体表面能越高，能使其润湿的液体越多。即表面能越大，固体表面吸附能力越强，更容易

与表面分子形成较强的作用力。而具有均相规律微纳结构的固体表面，其表面自由能较光洁表面高得多。

若铜管表面呈现规律均相微纳凹凸形貌（可以称为“微纳岚化”），固体表面自由能高，流体附着力大，流体流动性会相对降低，虽对流体流动形成阻碍（阻力），但此时铜管表面比表面积增加约几十倍或几百倍有余，对于单位时间流体换热量数值而言会是数量级别的提升。换而言之，在不考虑其余因素下，铜管微纳凹凸岚化形貌更有利于换热/散热。

上述说明都是基于流体流动性的证明，我们不妨通过导热性能也进行分析。

Cu铜的导热系数260-340K/m-K，CuO氧化铜的导热系数=32.6 W/m-K（数据均来源于网上，且数值均为常规值，不代表特定环境值）。

（导热系数越小，热损失越少，材料的保温效果越好，而CuO氧化铜的导热系数远远大于Cu铜的导热系数，因此Cu传热性能比CuO优异，即前者对散热元器件的保温效果更好。）

微纳岚化处理后，铜管铜原子含量100%；

而运行2年动车组换热器中，铜管铜原子含量98.78%，氧O含量1.22%；

10年动车组换热器中，铜管铜原子含量60.38%，而氧O、碳C元素的带入或增加等均为运行过程中铜管氧化所致。

铜元素含量越大，铜管导热性能越优异。氧O、碳C元素的增加反而降低铜管的导热性能，导致换热器换热效果差，元器件容易出现温升剧增导致损坏。

对于以蒸馏水/冷媒等为导热流体的铜管内部循环系统，管内部表面铜原子含量越高，导热系数越大，导热性能越好，铜管进出口部位流体的温升（温差）越少。铝、铁等金属材质及其氧化物的导热比也可验证。

因此，超亲水超亲油表界面的微纳岚化技术存在净化铜管内杂质、提升铜管综合导热系数值的功能，该技术可用于强化注塑模具水路、水冷塔水路等系统的冷却性能，提升导热系数，增强换热平衡等优点，3D打印、内燃机增效等领域的应用将越趋必要。