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功率半导体装置散热设计中有什么应该注意的事项?

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-06-23  浏览次数:1759
核心提示:  答:  (1)通常对IGBT或晶闸管来说,其pn结温不得超过125℃,外壳温度设定为85℃。有研究表明,功率器件散热设计关乎整个设
   答:

  (1)通常对IGBT晶闸管来说,其pn结温不得超过125℃,外壳温度设定为85℃。有研究表明,功率器件散热设计关乎整个设备的运行安全。

  (2)选用耐热性和热稳定性好的元器件和材料,以提高其允许的工作温度。

  (3)减小设备(器件)内部的发热量。为此,应多选用微功耗器件,如低耗损型IGBT,并在电路设计中尽量减少发热元器件的数量,同时要优化器件的开关频率降低开关损耗以减少发热量。

  (4) 采用适当的散热方式与用适当的冷却方法,加快散热速度。功率半导体装置的冷却设计主要考虑功率半导体器件和某些产高温器件(如大功率绕线电阻)的散热以及降低机柜内空气温度。常用的冷却方式为强迫空气冷却(使用铝型材散热器、热管散热器等)和循环水冷却。

  采用强迫空气冷却(风冷)时,值得注意的是,①散热器的制造工艺不同其导热系数差距很大,如同样散热面积的插片式散热器的热阻值要比铝合金型材散热器大好多。②散热器底板厚度应满足热的传导,特别是应用浪涌电流工作的设备如软启动器需用底板厚20mm以上。③翼片的数目与波纹在保证最大散热面积的前提下要考虑流体阻力,翼片的高度与厚度之间的比例要合理。

  采用循环水冷却方式可以大大提高散热效率,可使芯片在较低的温度下工作,提高其寿命。但采用循环水冷却方式需要有水循环与处理设备。采用该方式时,应注意:①为防止纯水引起生锈与结冻,一般采用水与醇混合物。混合比例会影响到冷却液的热阻,当混合比例为50%时,其热阻一般增大50%。②正常情况下应保证水的流速不小于8升/分。 ③在高温湿热的环境中,空气中的相对湿度比较高,当水温较低,水冷散热器表面的温度低于露点时,表面会结露,影响绝缘。应按标准要求采取措施,适当提高水温,降低环境空气的相对湿度。

  (5)器件在散热器上安装时应注意其安装位置。器件在散热器上的布局应注意以下几点: ①散热器的中心位置热阻最小。②在一个散热器上安装多个功率器件时,如器件发热功耗不一,对产生大功耗的器件应给予最大的面积。③安装模块的散热器表面,应注意平面度和表面粗糙度。表面如有凹陷会直接导致接触热阻的增加。为使接触热阻变小,在散热器与功率元件的安装面之间应均匀涂一层极薄的导热硅脂,只填充不平处的凹陷,保证原金属间的接触,并施加合适的紧固力矩,使接触热阻不超过数据手册要求的值。

 
 
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