一般的に使用される電力機器の熱ソリューション

   最新のパワー エレクトロニクス機器は、高集積化、高密度アセンブリ、および高速動作に向けて急速に発展しています。 パワー エレクトロニクス機器の中核として、チップはますます高速に動作し、ますます多くの電力を消費し、ますます多くの熱を放出します。 デバイスの熱放散能力が強くない場合、電力の放散により、チップのアクティブ領域の温度が上昇し、デバイスのジャンクション温度が上昇します。

コンポーネントの故障率は接合部温度と指数関数的な関係にあり、接合部温度が上昇すると性能が低下します。 コンポーネントの動作温度が 10 度上昇するごとに、故障率は 2 倍になります。

したがって、パワーエレクトロニクス機器の動作性能と信頼性を向上させるためには、電子機器の合理的な熱設計を実施し、合理的な外部放熱対策を講じることがより必要かつ緊急です。 現在、パワーエレクトロニクス機器の一般的な放熱技術には、空冷、液体冷却、ヒートパイプ技術などがあります。

空冷：

空冷式ヒートシンクを使用して電子チップを冷却することは、最も単純で直接的かつ低コストの熱放散方法です。 一般的に言えば、空冷または強制空冷技術は、主に低または中電力消費のデバイスまたは電子機器で使用されます。 現在、高度なファンと最適化された大面積ヒートシンクが使用されており、空冷技術の冷却能力は 50W · cm-2 に達する可能性があります。 空冷ヒートシンクの原理は非常に単純です。チップから放散された熱は、接合材を介して金属ベースに伝達され、次にヒートシンクに伝達されます。熱は、自然対流または強制対流によって空気中に放散されます。 伝導と対流は、2 つの主要な熱伝達方法です。 許容温度条件下でチップが放散した熱を大気環境に伝達するには、次の方法を採用して、伝導および対流熱冷却を強化することができます。

液体冷却:

液体冷却は水冷とも呼ばれます。 その冷却効率は高く、その熱伝導率は従来の空冷の 20 倍以上であり、空冷の高い騒音はなく、冷却と騒音低減の問題をより適切に解決できます。 液冷装置は、マイクロウォーターポンプ、循環パイプ、吸熱ボックス、ヒートシンクの4つの部分に大別できます。 水冷の放熱原理はとてもシンプルです。 水冷放熱は密閉型液体循環装置であり、ポンプで発生した動力により、密閉系内の液体循環が促進され、吸熱箱に吸収されたチップが発生した熱が放熱装置に運ばれます。液体循環による熱放散のためのより大きな領域。 冷却された液体は、再び吸熱装置に戻り、連続循環冷却されます。

ヒートパイプ技術:

ヒートパイプは、伝熱効率の高い熱交換素子です。 低温流体と高温流体の間の熱伝達は、ヒート パイプ内の作動媒体の蒸発と凝縮の相変化プロセスによって結合されます。 その等価熱伝導率は、金属の 103 ～ 104 倍に達することがあります。 従来の放熱装置と比較して、ヒートパイプは電力を消費する必要がなく、スペースサイズが小さく、冷却能力が高く、単位面積あたりの熱伝達が高くなります。 効率的な熱伝導要素として、ヒートパイプは高熱流束下での熱放散に適しており、電子部品に使用して高い熱排出率を得ることができます。 現在、高出力電子部品の熱放散用の既知のヒートパイプラジエーターの最大熱放散電力は200W・cm-2に達しています。

さまざまな熱冷却ソリューションには、さまざまな長所と短所があります。 実際のアプリケーションでは、電力機器のニーズに応じて多様な放熱方法を選択する必要があります。 このようにして初めて、電子機器は最大のパフォーマンスと安定した耐用年数を十分に発揮することができます。