パワーエレクトロニクスデバイスの空冷および液冷技術の比較

パワーエレクトロニクス技術の継続的な発展に伴い、コンバーター機器のボリュームはコンパクトになる傾向があり、システムは複雑になる傾向があります。 高い熱密度は魅力的な開発トレンドになっています。 高い熱密度の要求を満たすために、ファンやラジエーターなどの従来の熱ソリューションは革新を続けており、斬新で効率的な熱放散方法が際限なく出現しています。 多くの冷却方法の前で、設計者は、経済的で信頼性の高い熱放散方法を選択するために、さまざまな熱放散方法の熱放散能力を区別することが大きな関心事になっています。

伝熱能力：

空気の場合、自然空冷の熱伝達係数は非常に低く、最大1 0 W /（m2k）です。 ヒートシンクの表面と空気の温度差が50度の場合、熱放散面積1平方センチメートルあたりの空気によって奪われる熱は最大0.05Wです。 伝熱能力が最も強い伝熱モードは、相変化を伴う伝熱過程であり、水の熱伝達係数の次数は103〜104です。ヒートパイプの伝熱能力が大きいのは、伝熱が大きいためです。蒸発部と凝縮部のプロセスは相変化熱伝達です。

空冷：

空冷方式は低コストで信頼性が高い。 ただし、放熱能力が小さいため、電力が小さく、放熱スペースが大きい場合にのみ適用できます。 現在、空冷ヒートシンクの研究ホットスポットは、ヒートパイプとフィンを統合し、ヒートパイプの高い熱伝達能力を使用して熱をフィン表面に均一に伝達し、フィン表面温度の均一性を改善し、次にその改善することです。放熱効率。 現在、パワーエレクトロニクス部品の一般的な冷却方法は空中強制対流冷却です。 その一般的な構造は、ラジエーターとファンの形です。 構造は便利な実装と低コストですが、その熱放散能力は限られています。

液体冷却：

空冷技術は進歩を続けていますが、空冷自体は放熱能力によって制限されています。 熱流束の継続的な改善により、より大きな熱放散能力を備えた液体冷却装置の適用が普及するでしょう。 研究によると、ガスの強制対流熱伝達係数のおおよその範囲は20〜100W /（M2度）であり、水の強制対流の熱伝達係数は最大15000w /（M2度）であり、空気の強制対流の100倍。

ヒートシンクの放熱能力の評価は、環境条件、コンポーネントサイズ、ヒートシンクテーブルの温度などの要因によっても制限されるため、多くの要因によって制限されます。