[发明专利]一种获取电力半导体器件用强迫风冷散热器热阻的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种获取电力半导体器件用强迫风冷散热器热阻的方法，属于电力电子技术领域。

背景技术

电力半导体器件在工作时会产生发热，由于温度升高而导致的元器件损坏是其失效的主要原因。因此，电力半导体器件一般都需要配备散热器将工作时产生的热量散发出去，以确保在任何工况下其温度低于规定值。对于大功率电力半导体器件，在进行散热设计和选取散热器时，需要知道散热器的热阻以校核最大散热功率时器件的温度。对于强迫风冷散热器，其热阻与散热器的材质、结构、尺寸及冷却风速有关。对于大功率电力半导体器件，由于耗散功率大，按散热器产品样本选取时往往误差较大，造成散热器体积过大，给安装布置带来一定困难。因此有必要寻求一种既准确又经济的方法来获取散热器的热阻。

目前获取散热器热阻的方法是，对于简单规则形状的散热器，如平板翅片式散热器，其热阻可以由理论公式计算得出。而很多电力半导体用的散热器，往往同时起着散热和电气回路连接的双重作用，结构形状都比较复杂，因此无法用理论方法求出散热器的热阻，只有通过试验方法获得。由于试验时需要不同长度尺寸的散热器样本，并需要一整套专门的试验设备，整个试验过程需花费大量时间和费用。

发明内容

本发明提出了一种获取电力半导体器件用强迫风冷散热器热阻的方法，用以解决结构形状比较复杂的散热器无法用理论方法求解热阻的问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种获取电力半导体器件用强迫风冷散热器热阻的方法，包括以下步骤：

1）利用计算机辅助设计软件建立电力半导体器件和散热器的几何模型，形成器件―散热器组件模型；

2）将所述步骤1）形成的组件模型放置于一长方体冷却风道内，组成电力半导体器件―散热器―风道的几何模型；

3）将所述步骤2）组成的几何模型输入到计算流体力学软件，利用计算流体力学软件对所述几何模型进行网格剖分，建立半导体器件—散热器—冷却风道的有限体积模型；

4）在计算流体力学软件中，建立电力半导体器件—散热器—冷却风道气体的物理模型；

5）设定边界和初始条件；

6）由计算流体力学软件自动计算气体流动和热传递过程，包括各处气体速度分布和温度分布；

7）达到热平衡状态时，读取给定风速下散热器的温度分布；

8）计算散热器在给定冷却风速下的热阻。

前述的步骤1）器件―散热器组件模型为：电力半导体器件与散热器采用一面或两面散热的方式，即建模时将电力半导体器件与一个或两个散热器连接。

前述的步骤2）中，冷却风道中冷却气体由下部进入，从顶部流出，即将长方体冷却风道下部定义为入口，上部定义为出口。

前述的步骤4）电力半导体器件—散热器—冷却风道气体的物理模型是指：

对电力半导体器件，将其等效为一个发热体，其单位时间耗散的热量即功率由该器件的运行参数计算得出；

对散热器，本身就是热导体，在其表面存在辐射散热和与冷却气体的对流散热；

对冷却风道内的冷却气体，将其等效为具有紊流的理想气体。

前述的步骤5）中，对电力半导体器件，初始条件为耗散功率和初始温度；

对散热器，初始条件为初始温度；

对冷却气体，初始条件为入口风速和风温；

在电力半导体器件和散热器的界面上，存在接触热阻。

前述的步骤7），计算散热器热阻的过程中，取电力半导体器件与散热器连接处的散热器台面温度作为散热器台面规定点温度，取冷却风道入口处的风温作为冷却气体温度。

本发明对具有复杂几何结构的散热器尤其有效，它提高了散热设计的精度，节省了试验测试散热器热阻的时间和费用，无论对散热器的设计还是工程应用都很有效。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明电力半导体器件、散热器和冷却风道的几何模型；

图3为本发明的具体实施例中散热器热阻曲线图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式详细说明本发明。

如图1所示，本发明的获取电力半导体器件用强迫风冷散热器热阻的方法，包括以下步骤：