電子電力機器の放熱

     現代の電力電子機器は、高集積、高密度アセンブリ、高速運転速度に向けて急速に発展しています。パワー電子機器のコアとして、チップはより速く、より速く動作し、より多くの電力を消費し、より多くの熱を放出します。装置の熱放散能力が強くない場合、電源の放散は、デバイスのチップ活性領域と接合温度の温度上昇を引き起こす。

コンポーネントの故障率は、接合温度と指数関数的な関係を持ち、接合温度の上昇に伴ってパフォーマンスが低下します。故障率は、コンポーネントの作業温度の10°Cの増加ごとに2倍に増加します。

そのため、電力電子機器の動作性能や信頼性を向上させるためには、電子機器に対して合理的な熱設計を行い、外部の放熱対策を講じる必要が高く、かつ緊急です。現在、電力電子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、最も簡単で直接的で最も低コストの放熱方法です。一般的に、空冷または強制空冷技術は、主に低または中程度の電力消費を有するデバイスまたは電子機器に使用されます。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います, 空気冷却技術の冷却能力は、50W ·cm-2.空冷ヒートシンクの原理は非常に簡単です:チップによって放散される熱は、接合材料を介して金属ベースに伝えられ、その後、ヒートシンクに、熱は自然対流または強制対流を介して空気中に放散されます。伝導と対流は、主に2つの熱伝達方法です。許容温度条件下でチップによって放散された熱を大気環境に伝えるために、伝導及び対流放熱を強化するために以下の方法を採用することができる。

液体冷却:

液体冷却は水冷とも呼ばれます。放熱効率が高く、従来の空冷の20倍以上の熱伝導率を持ち、空冷の騒音が高くなく、冷却や騒音低減の問題をより良く解決できます。液体冷却熱放散装置は、マイクロウォーターポンプ、循環パイプ、熱吸収ボックス、ヒートシンクの4つの部分に大別できます。水冷熱放散の原理は非常に簡単です。水冷放熱は、閉液循環装置であり、ポンプで発電する電力を通じて、閉じたシステムでの液体循環が促進され、熱吸収ボックスによって吸収されたチップによって発生する熱が、液体循環を通して放熱するためにより大きな領域を有する放熱装置に持ち込まれる。冷却された液体は、連続循環熱放散のために再び熱吸収装置に戻ります。

ヒートパイプ技術:

ヒートパイプは、高い熱伝達効率を持つ熱交換素子です。冷熱流体と熱流体間の熱伝達は、ヒートパイプ内の作動媒体の蒸発および凝縮の位相変化プロセスによって結合される。その等価熱伝導率は、金属の103〜104倍に達することができます。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はありません、小さなスペースサイズと高い冷却能力を有し、単位面積あたりの熱伝達が高い。効率的な熱伝導要素として、ヒートパイプは高い熱流束下での放熱に適しており、電子部品に使用して高い熱出流率を得ることができます。現在、高出力電子部品の放熱用公知のヒートパイプラジエーターの最大放熱力は200W・cm-2.

異なる放熱ソリューションには、異なる利点と欠点があります。実用化では、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。この方法でのみ、電子機器は、その最大の性能と安定した耐用年数にフルプレイを与えることができます。