АНАЛИЗ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Системы охлаждения силовых модулей

Подпись: Рис 1.8. Сравнение значений тепловых сопротивлений силовых модулей различных конструкцийк жидкостному  рис6
 Системы охлаждения силовых модулей

Подпись: Рис 1.7. Система жидкостного охлаждения силового модуляНа рис. 1.7.a и 1.7.b показаны силовые модули, у которых изолирующая подложка из нитрида алюминия является неотъемлемой частью системы микроканального охлаждения. Внутренняя структура представляет собой шестиугольные соты, протравленные в нескольких слоях меди, соединенных друг с другом по технологии DBC. Тепловое сопротивление такого модуля составляет всего лишь 36% от сравнимого по мощности стандартного модуля, установленного на подложку с водяным охлаждением (рис.1.8.).

По сравнению со стандартным модулем, имеющим воздушное охлаждение, тепловое сопротивление в данном случае уменьшено на 90%. Модуль, показанный на иллюстрации, работает с током 450 A и охлаждается жидкостью, которая может иметь температуру на входе вплоть до 80 °C. К тому же сокращение расстояния от кристалла до теплоотводящей жидкости системы существенно уменьшает габариты модуля.

Испарительное охлаждение с промежуточным теплоносителем

Такие системы охлаждения состоят из двух контуров: внутреннего замкнутого, в котором используется своя охладительная среда — теплоноситель, и наружного разомкнутого, который обеспечивает охлаждение промежуточного теплоносителя. Принцип их действия заключается в том, что теплота от СПП передается жидкости (например, воде), которая испаряется, ее пары по трубкам внутреннего контура поступают в конденсатор и конденсируются, затем конденсат вновь поступает к охладителю СПП. Конденсатор включается во внешний разомкнутый контур, например, воздушного или жидкостного охлаждения.

В испарительной системе погруженного типа (рис. 1.9. а) СПП 1, закрепленные в охладителях 2, помещаются в охлаждающую жидкость 3, которая заливается в закрытый бак 4. При нагревании при­боров жидкость испаряется, и пар поступает в конденсатор 6, где конденсируется, и жидкость 7 из конденсатора вновь стекает в бак. Конденсатор охлаждается воздухом с помощью вентилятора 8. В качестве промежуточного теплоносителя используется легкокипящая жидкость, например фреон, точка кипения которого 47 °С. При этом в баке создается разрежение, что приводит к снижению точки кипения жидкости.

системы охлМожет применяться также разнесенная испарительная система (рис. 1.9.б), в которой полупроводниковые приборы 1 закрепляются с помощью охладителей 2, заполненных охлаждающей жидкостью.

Подпись: Рис 1.9. Испарительные системы охлаждения.  Корпус каждого охладителя посредством изолирующих патрубков 3 и соединительных труб 4 сообщается с баком 6, заполненным охлаждающей жидкостью 5. Пары жидкости 7 поступают в конденсатор 8, и конденсат 9 вновь стекает в бак 6. Конденсатор охлаждается с помощью вентилятора 10.

Обе рассмотренные системы испарительного охлаждения громоздки и сложны в эксплуатации. В современной преобразовательной технике перспективным является применение испарительной системы охлаждения с охладителями в виде тепловых труб (рис. 1.10.а), которые совмещают функции собственно охладителя и конденсатора.

Подпись: Рис 1.10. Схема испарительного охлаждения с тепловой трубой и график изменения температуры
испар охл


Таблетка СПП 1 устанавливается на корпусе 2 охладителя, в который вмонтированы одна или несколько трубок 3. Внутренняя поверхность трубок покрыта слоем материала 4 с капиллярными каналами. Трубки герметически запаяны и снабжены ребрами 5, многократно увеличивающими поверхность теплопередачи внешней охлаждающей среды. Внутренняя полость корпуса 2 и трубок 3 заполнена на 20— 30 % объема жидкостью (промежуточный теплоноситель). Жидкость испаряется и в виде пара 6 движется вдоль трубок, где пары охлаж­даются и конденсируются. Конденсат 7 по капиллярным каналам возвращается в зону нагревания. С помощью вентилятора 8 воздух внешней среды направляется в межреберное пространство охладителя и выводит теплоту во внешнее пространство. В охладителе имеются (рис. 1.10.б) зоны парообразования 1, передачи теплоты 2, конденса­ции 3. В зоне / происходит интенсивное поглощение теплоты, а в зоне 3 — выделение теплоты. В отличие от простого охладителя, у которого теплосток со всех точек поверхности крайне неравномерный, в тепловой трубе достигается высокая интенсивность использования охлаждающей поверхности, благодаря чему можно рассеивать мощности до нескольких киловатт. При этом размеры и масса трубчатых охладителей меньше, чем у обычных воздушных охладителей. Тепловые трубы для СПП на токи 320—2000 А имеют длину L=600+650 мм, ширину В = 100-5-120 мм, высоту Я = 60 мм.

Реализация сложных логических функций на интегральных микросхемах