陜西電力半導體器件-大功率電力半導體器件用相變散熱器簡介
近年來，隨著科技水平的不斷提高，大功率電力電子器件正向集成化和微型化發(fā)展，變頻器功率容量也因而快速地增長?，F(xiàn)有的變頻器中的功率器件主要是以IGBT模塊（如圖1.1）為主，故變頻器的散熱問題在很大程度可以歸結為IGBT的散熱。變頻器在工作過程中，產生的功率損耗將造成了功率器件持續(xù)不斷地發(fā)熱，而這些功率器件本身屬于溫度敏感性器件，其開關過程極容易受到溫度變化的影響，變頻器的可靠性和穩(wěn)定性也將大打折扣。因此，變頻器散熱器的好壞，會大大影響其自身工作的可靠性，是保證系統(tǒng)能否正常運行的關鍵。
國內的電力電子行業(yè)也越來越著眼于各種電子設備產品的散熱設計，對包括IGBT模塊在內的電力電子器件的熱可靠性設計提出了更加嚴格的要求。傳統(tǒng)的散熱方式主要包括自然風冷、強迫風冷、液冷等。其中自然風冷與強迫風冷散熱能力有限，只適用于熱流密度不大于10W/m2的小功率器件散熱，已不能滿足現(xiàn)階段大功率器件的散熱需求。
液冷系統(tǒng)則有著較好的換熱能力，但是其系統(tǒng)復雜，部件繁多，對空間和成本都有一定的要求。因此，熱管憑借其極高的導熱速率、可變的熱流密度、可逆的熱流方向、優(yōu)良的等溫性能和無需額外動力等優(yōu)點，成為當前高熱流密度設備散熱的理想元件。對于熱管技術的相關研究，也成為當下的熱門話題。
熱管是一種具有很高傳熱性能的元件，它可將大量熱量通過其很小的截面積遠距離傳輸而無需外加動力，其工作溫區(qū)從-273℃一直到1000℃。熱管具有其他傳熱技術所不具備的許多優(yōu)點：傳熱效率及可靠性、隔離性、低阻力、體積小、可控制等。因此，熱管技術已經(jīng)在越來越廣闊的領域取得卓有成效的應用。我國熱管技術在化工、建材、冶金、動力工程、生物工程、航空、航天等方面應用處于地位。本文將主要介紹熱管換熱器原理及應用。
早在1942年，Gauler就曾提出熱管的原理。1962年，L. Trefethen再次提出類似于Gauler 的傳熱元件，但因故未能實施。1964 年，Grover將此傳熱元件正式命名為熱管（heat pipe），并指出它的熱導率超過了任何一種已知金屬。1965年，Cotter提出了較完整的熱管理論，給出了熱管工作時各個傳熱傳質過程的基本方程，提出了計算熱管工作毛細極限的方法。1967年，一根不銹鋼-水熱管被送入地球衛(wèi)星軌道并運行成功，從此吸引了更多的科學技術工作人員從事熱管研究，許多地方均展開了大量的研究工作，使熱管技術得以快速發(fā)展。