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產品方案 > 工程咨詢 > 大功率 IGBT 模組液冷散熱 CFD仿真&冷板優化
     

    1大功率電子器件液冷散熱需求


    近年來,電子器件的應用遍布各個領域。隨著科技的發展,電子器件的微型化和集成化程度越來越高,且功率越來越大,導致器件的發熱密度陡增,熱問題凸顯。

     

    據統計,絕大部分電子器件的損壞都是由于 溫度過熱 引發的,因此,大功率集成電子器件的散熱問題嚴重影響電子器件的壽命和可靠性。這種情況下,簡單的空氣冷卻形式不足以滿足散熱需求,而散熱效率更高的液冷方案開始在大功率電子散熱領域占據主要地位。

     

     

    圖1 冷板結構

     

     

     

    2大功率電子器件液冷方案的設計難點

     

    a. 冷板進口流量對功率器件溫度的影響;

    b. 冷卻液進口溫度對功率器件溫度的影響;

    c. 冷板形式對功率器件溫度的影響(流道復雜化有利于散熱,但流阻卻增大,如何取舍需要用CFD仿真來確定);


    圖2 冷板熱模型

     

     

     

    3通過CFD仿真能解決的問題

     

    ? 任意工況下,功率器件的溫度分布、冷板速度、壓力發布;

    ? 器件溫度與冷板流量的關系曲線(非常重要);

    ? 器件溫度與冷卻液進口溫度的關系曲線(非常重要);

    ? 冷板壓力損失與流量的關系曲線(流阻特性曲線);

    ? 優化冷板結構,保證冷板流量和溫度的均勻性,得到最佳性能的冷板方案。

     

     

    圖3 功率器件及冷板表面溫度&流場

     

     

     

     

    圖4 冷板切面溫度(含流道)

     

     

     

     

    圖5 冷板內流場&溫度場

     

     

     

    圖6 流道內表面溫度和流道內表面對流換熱系數

     

     

     


    圖7 冷板流阻特性曲和冷板溫度特性曲線

     

     

     

    圖9.1 方案一(無齒)

     

     

     

    圖9.2 方案二(矩陣圓柱齒)

     

     

      

    圖9.3 方案三(交錯矩陣圓柱齒)

     

     

      

     

    圖9.4 方案四(交錯矩陣矩形齒)

     

     

     

    優化結果:

     

    通過仿真可以明顯看出,無齒設計的方案一冷流在冷板內并未充分散開,換熱效率低下導致冷板溫度高;采用圓柱齒的方案二,散流效果明顯好于方案一,但整體擾流效果不好,還是導致冷板溫度相對高;在此基礎上改進的交錯排列圓柱齒的方案三,對比前一方案溫度明顯降低,但溫度均勻性稍差,在冷板末端溫度偏高;而采用交錯排布矩形齒結構的方案4不僅溫度降低了15%,且溫度分布的均勻性明顯好于前者,故方案四最優。

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