Jak poprawić wydajność chłodzenia modułu IGBT
Proces chłodzenia modułu IGBT wygląda następująco: strata mocy IGBT na złączu; Temperatura na złączu przekazywana jest do powłoki modułu IGBT; Radiator przewodzący ciepło na module IGBT; Ciepło z radiatora przekazywane jest do powietrza. Istnieją dwa główne czynniki wpływające na rozpraszanie ciepła, jeden to całkowita strata, drugi to opór cieplny radiatora. Jednakże ze względu na ograniczenia mocy wyjściowej i rzeczywiste warunki pracy, całkowita strata mocy IGBT nie może zostać zmieniona, dlatego należy rozważyć, w jaki sposób zmienić opór cieplny z grzejnika na powietrze lub inne media.
Wzrost temperatury generowany przez moc rozproszoną urządzenia zasilającego musi zostać zmniejszony przez radiator termiczny. Dzięki radiatorowi można zwiększyć obszar przewodzenia ciepła i promieniowania urządzenia zasilającego, zwiększyć przepływ ciepła i buforować proces przejścia przewodzenia ciepła, a ciepło można przekazywać bezpośrednio lub przez czynnik przewodzący ciepło do układu chłodzącego medium, takim jak powietrze, ciecz lub mieszanina cieczy.
Naturalne chłodzenie powietrzem:
Naturalne chłodzenie powietrzem oznacza realizację lokalnych urządzeń grzewczych w celu odprowadzania ciepła do otaczającego środowiska bez korzystania z zewnętrznej energii pomocniczej, tak aby osiągnąć cel kontroli temperatury.
Zwykle obejmuje przewodzenie ciepła, konwekcję i promieniowanie. Nadaje się do urządzeń i komponentów małej mocy o niskich wymaganiach dotyczących kontroli temperatury i małego strumienia ciepła ogrzewania urządzenia, a także urządzeń szczelnych lub gęsto zmontowanych, które nie nadają się lub nie wymagają innych technologii chłodzenia.
Wymuszone chłodzenie powietrzem:
Chłodzenie powietrzem z wymuszoną konwekcją charakteryzuje się wysoką wydajnością odprowadzania ciepła, a jego współczynnik przenikania ciepła jest 2-5 razy większy niż w przypadku chłodzenia własnego. Chłodzenie powietrzem z wymuszoną konwekcją dzieli się na dwie części: radiator żeberkowy i wentylator. Zadaniem radiatora lamelowego mającego bezpośredni kontakt ze źródłem ciepła jest odprowadzanie ciepła emitowanego przez źródło ciepła, a wentylator służy do wymuszania chłodzenia konwekcyjnego radiatora, tak aby wymusić chłodzenie powietrzem, co jest głównie związane z materiał, konstrukcja i żeberka chłodnicy. Im większa prędkość wiatru, tym mniejszy opór cieplny grzejnika, ale większy opór przepływu. Dlatego należy odpowiednio zwiększyć prędkość wiatru, aby zmniejszyć opór cieplny. Po przekroczeniu przez prędkość wiatru określonej wartości wpływ zwiększenia prędkości wiatru na opór cieplny jest już bardzo mały.
Chłodzenie radiatora za pomocą rurki cieplnej:
Rurka cieplna jest elementem przenoszącym ciepło o wysokiej przewodności cieplnej. Realizuje niezwykły efekt wymiany ciepła dzięki unikalnemu trybowi wymiany ciepła. Model użytkowy ma zalety dużej zdolności przenoszenia ciepła, doskonałej zdolności wyrównywania temperatury, zmiennej gęstości ciepła, braku dodatkowego wyposażenia, niezawodnego działania, prostej konstrukcji, lekkości, braku konserwacji, niskiego poziomu hałasu i długiej żywotności, ale cena jest droga.
Chłodzenie cieczą:
W porównaniu z chłodzeniem powietrzem, chłodzenie cieczą znacznie poprawia przewodność cieplną. Chłodzenie cieczą jest dobrym wyborem w przypadku urządzeń energoelektronicznych o dużej gęstości mocy. Układ chłodzenia cieczą wykorzystuje pompę obiegową, aby zapewnić cyrkulację chłodziwa pomiędzy źródłem ciepła a źródłem zimna w celu wymiany ciepła. Efektywność rozpraszania ciepła w przypadku chłodzenia cieczą jest bardzo wysoka i jest równa 100-300-krotności współczynnika przenikania ciepła w przypadku naturalnego chłodzenia powietrzem. Wymiana radiatora chłodzonego powietrzem na radiator chłodzony cieczą może znacznie poprawić wydajność urządzeń.
Jeśli moc modułu IGBT jest stała i opór cieplny pomiędzy powłokami IGBT jest stały, opór cieplny pomiędzy powłoką IGBT a radiatorem jest powiązany z materiałem i stopniem kontaktu radiatora, ale opór cieplny w tym przypadku jest niewielki, więc zmiana materiału i stopień kontaktu grzejnika ma niewielki wpływ na cały proces odprowadzania ciepła.
