风冷散热设计及验算方案.doc

风冷散热设计及验算方案一、散热器的选配1、选用散热器的依据电力半导体器件(以下简称器件)的耗散功率、热阻(结壳热阻与接触热阻之和)和冷却介质的入口温度等,是选用散热器的基本依据。器件被应用在各种各样的工况,在选用散热器时应该正确识别散热器、绝缘件和紧固件的型号和含义,了解不同散热器的散热能力和范围。通常,一种器件仅从参数看,可能有两、三种散热器都能满足要求,但应结合自己的应用情况,诸如:冷却、安装、通用互换和经济性来综合考虑选取一种最佳的散热器。2、散热器选用计算方法散热器的配置目的,是必须保证它能将元件的热损耗有效地传导至周围环境,并使其热源即结点的温度不超过,取环境温度,用公式表示为:‥…‥…‥…‥…①‥…‥…②其中:P,元件的损耗功率;Q,耗散功率,散热结构的散热能力;,元件工作结温,即元件允许的最高工作温度极限,取=125°C;,环境温度,水冷时规定为35°C,风冷时规定为40°C。R,热阻,热量在媒质之间传递时,单位功耗所产生的温升;‥…‥…③,结点至管壳的热阻,Rjc与元件的工艺水平和结构有很大关系由制造商给出,~;,管壳至散热器的热阻,与管壳和散热器之间的填隙,介质接触面的粗糙度平面度以及安装的压力等密切相关,影响接触热阻的因素较多,迄今没有一个普遍适用的经验公式加以归纳,因此工程设计中都是根据实验或参考实测数据来选择接触热阻,表1为某些典型接触面的接触热阻值;,散热器至空气的热阻,是散热器选择的重要参数,它与材质材料的形状和表面积体积以及空气流速等参量有关。综合①②③,得到:‥…‥…④参见(JB/T9684-2000电力半导体器件用散热器选用导则)根据④式计算的热阻值,如果选用标准散热器,则查询散热器标准(GB/),标准中热阻值与计算值相同,或小于又接近于计算值的散热器即为所选用的散热器;如果为非标准型散热器,需要厂家提供散热器的热阻,该热阻值应小于(并且比较接近)。3、肋片式散热器的热阻计算(参考:电子设备热设计及分析技术,余建祖等编,北京航空航天大学出版社):肋片式散热器热阻计算公式为:其中:R,散热器换热热阻;,表面传热系数;带肋片壁面的总表面积,,为肋片表面积,未被肋片根部遮盖的基壁面积;,表面效率,有效传热面积与总传热面积之比,,(h为肋片高度,m为肋片材料和流体物性的函数),(为肋片材料的导热系数,肋片厚度);肋片式散热器散热功率Q计算其中:,为散热器温度;,为环境温度。二、模块的损耗P1、IGBT模块损耗IGBT模块由IGBT部和并联二极管组成,它们各自发生的损耗合计即为IGBT模块整体发生的损耗。另外发生损耗的情况可分为稳态时和交换时。2、IGBT损耗计算(参考:)在PWM工作方式下,一个IGBT模块的总损耗包括单个IGBT及其并联二极管的损耗之和。‥…‥…⑤;‥…‥…⑥;由式⑤、⑥、⑦得出:‥…‥…⑦其中:,单个IGBT的总损耗;,单个二极管的总损耗;,单个IGBT的通态损耗;,单个IGBT的开关损耗;,单个二极管的通态损耗;对于IGBT的通态损耗,‥…‥…⑧;对于IGBT的开关损耗,‥…‥…⑨;对于二极管的通态损耗,‥…‥…⑩;其中:,变频器