[发明专利]大功率电子器件散热方法和使用该方法的散热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子器件的散热技术和散热装置，特别是一种用于大耗散功率的电子器件的大功率电子器件散热方法和使用该方法的散热装置。

背景技术：

功率电子元件主要用于电力换流、整流设备，电力驱动设备，广播/电视发射、转发设备以及大功率通讯设备中的功率放大、功率吸收、大功率电源中。在大电流和大功率的工作状态下，这些电子器件的耗散功率通常很大，特别是用于数字广播/电视发射、转发设备和大功率数字通讯设备中的功率放大管。为了降低成本、减小体积，都在向提高单管输出功率方向发展，相应的耗散功率也大大提高，因此在正常工作时就会产生大量的热量。这些热量若不及时有效地导出，就会使电子器件的工作温度迅速升高，从而直接影响电子设备的可靠运行，并大大缩短电子设备的工作寿命。

传统上给这些大功率电子器件冷却的方法有三种，一种是强制风冷；一种是液冷；另一种是蒸发冷却。

强制风冷是将发热的电子元件安装在一个散热器上，通过风扇将周围环境的相对冷空气吹到散热器的散热片上带走热量，这种冷却方法的缺点是：对大功率器件来说，由于产生的热量大，要带走这些热量就需要一个体积庞大的高热传导性能材料制作的散热器，因此造成的结果是冷却系统的体积、重量、成本大大提高；需要多个大流量的风机对散热器进行强制吹风，由于风机的流量和外形尺寸和成本是成正比的，因此使得电子设备的外形尺寸和成本大大提高；采用强制风冷的电子设备对环境温度、湿度和清洁度要求很高，这些大功率的电子设备一般只能在室内工作，且需要安装大功率的空调器进行制冷、除湿，为了保证进入电子设备内部降温的空气的洁净度，还需要加装滤尘器对空气滤尘，这样就加大了风阻，降低了风机的效率；风机在工作时产生很大的噪音，对周围环境有很大的不良影响；因此，强制风冷仅适合于小功率的电子设备，或工作在良好环境中的中、小功率电子设备。

蒸发冷却传统上是采用水、氨、CO₂、SO₂等作为制冷剂，发热元件安装在蒸发板上，低压液态制冷剂在蒸发板内蒸发吸收热量，并通过安装在机外或室外的冷凝器将制冷器蒸汽冷凝成液体，循环换热使得电子元件冷却。由于氨有毒副作用，通常采用水、CO₂、SO₂等作制冷剂，而采用这种制冷剂的冷却系统室外机或体积庞大、造价高，对超大功率的电子设备比较适合。现在，也有人在研究利用佛里昂或佛里昂的替代品作为制冷剂的制冷系统对电子设备进行冷却的方法，这种制冷方法由于大量用于家用空调和冰箱中，使得制冷设备成本大大降低，是一项很有市场前景的制冷方法，但是由于这种蒸发冷却的热惯性大，温度较难控制，容易使电子元件过冷，从而降低电子设备的使用寿命，因此要实际用于电子设备的冷却系统中，还需要进行大量的研究。

液冷是通过低温水、油等液态导热介质，在安装有发热元件的冷却板内的导管中以一定的流量流动，并吸收带走发热元件产生的热量，吸收了热量的冷却液排掉，或对冷却液采用强制风冷，循环使用，从而实现对发热电子元件冷却的目的。这种方法有效解决了电子设备体积庞大、噪音大、对工作环境要求高的问题，同时温度易于控制。但是目前采用的对冷却液进行室外强制风冷进行冷却的方法，存在着散热效率不高，室外冷却部分体积庞大等缺点；另外对发热元件冷却的冷却板目前采用的是如图1、2所示的结构，散热器1是由导热良好的金属材料加工而成，在散热器1的长度方向加工多个冷却液通孔35，散热器1的冷却液通孔35的两端设有连接冷却液通孔35的U型管23，形成蛇形冷却液通道；发热元件2用焊接、压接、螺接的方法固接于冷却液通道上方的散热器1上。发热元件在工作时产生的热量，由散热器传导到以一定流速循环流动的冷却液中而被带走，以达到冷却的目的。这种散热板存在耗材多、加工成本高的缺点。

因此，采用何种方法，提供一种价格低，体积小、换热效率高的用于大功率电子器件的散热装置是大功率电子设备制造行业的一项难题。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有上述大功率电子器件的散热装置所存在的不足，提供一种改善大功耗电子原件的散热效果，提高电子设备运行的可靠性和提高电子设备的使用寿命，减小电子设备本身的尺寸和冷却系统的尺寸，使之小型化、微型化、便于加工，成本低的大功率电子器件散热方法和使用该方法的散热装置。

本发明的上述技术问题是由如下技术方案来实现的。