一种电子负载的散热系统的制作方法

一种电子负载的散热系统的制作方法
【专利摘要】针对现有大功率电子负载散热器存在的问题，本实用新型提供了一种大功率电子负载的散热系统，采用双基板散热器且在散热器和风扇间加装风罩、多个风扇并联、抽风冷却的方式对大功率IGBT进行冷却，减小了风扇风量泄漏，提高了风扇冷却风量的利用率，同时便于散热器在机柜内的安装，风扇并联增大了风量。将散热风扇安装在散热器风道的出风口处且采用抽风冷却方式减小了散热系统的总散热量。在较恶劣的环境条件下，本实用新型的散热系统的散热器表面温度更低，散热效果更好。
【专利说明】—种电子负载的散热系统

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种散热装置，特别涉及一种电子负载的散热系统。

【背景技术】
[0002]电力电子装置的高可靠性、高功率密度、小型化和轻量化要求大功率电力电子器件必须高效散热。小型化和轻量化的要求使得电子装置散热系统的热结构优化设计更重要。
[0003]一般传统的强迫风冷散热方案为在散热器基板面安装元器件，散热器基板面所在面的对面或散热器翅片的两个侧面安装风扇对散热片吹风或抽风进行对流换热，如附图1所示。这种简单的散热方式由于风扇与散热器完全开放，因此风扇工作点的风量没有得到充分利用。由于风扇安装在机柜内部边缘处，风扇运转产生的噪音较大；同时，由于散热量大，需求的散热器体积和重量较大。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种提高风扇冷却风量利用率的电子负载散热系统，改善传统散热系统中风量不能充分利用的缺点。为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案:
[0005]—种电子负载散热系统，包括散热器、风扇和风罩；所述散热器的上基板上安装有大功率绝缘栅双极型晶体管IGBT电子负载；所述散热器为中空的长方体管状结构，中空部分为风道；所述散热器风道的进风口没有遮挡，出风口安装风扇，风扇采用抽风冷却的方式工作，在出风口与所述风扇之间安装所述风罩。
[0006]进一步地，所述散热器为双基板散热器，上基板安装有大功率IGBT，下基板便于散热器在机柜内的安装固定。
[0007]进一步的，所述风扇为四风扇并联。
[0008]进一步的，所述散热器为材料为铝。
[0009]本实用新型的有益效果是:采用双基板散热器且在散热器和风扇间加装风罩、多个风扇并联、抽风冷却的方式对大功率IGBT进行冷却，减小了风扇风量泄漏，提高了风扇冷却风量的利用率，同时便于散热器在机柜内的安装，风扇并联增大了风量。将散热风扇安装在散热器风道的出风口处且采用抽风冷却方式减小了散热系统的总散热量。在较恶劣的环境条件下，本实用新型的散热系统的散热器表面温度更低，散热效果更好。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1为传统的电子负载散热系统结构示意图；
[0011]图2为本实用新型的电子负载散热系统结构示意图；
[0012]图3为单基板散热器的结构示意图；
[0013]图4为双基板散热器的结构示意图；
[0014]图5为本实用新型的电子负载散热系统的风扇工作点的参数图。

【具体实施方式】
[0015]下面结合【专利附图】

【附图说明】及【具体实施方式】对本实用新型进一步说明。
[0016]如附图2所示为本实用新型的电子负载散热系统的结构示意图，该散热系统包括散热器、风扇和风罩。散热器的上基板上安装有大功率的IGBT电子负载。散热器为中空的长方体管状结构，中空部分为风道，风道的进风口没有遮挡，出风口与风扇之间安装了风罩。
[0017]如附图3所示，是单基板散热器的结构示意图，该剖面是平行于进风口的竖剖面，单基板散热器只有上基板，在上基板上安装大功率IGBT ;如附图4所示，是双基板散热器的结构示意图，该剖面是平行于进风口的竖剖面，双基板散热器有上基板和下基板，在上基板上安装大功率IGBT，下基板便于散热器在机柜内的安装固定。
[0018]本实用新型的电子负载散热系统的工作原理如下。
[0019]散热器风道所在的两个对面分别为进风口和出风口，直通的风道减小了风扇风量流过散热器的风阻。IGBT元件正常工作时产生的热量首先传导至散热器基板上，接着出风口处的风扇转动从进风口吸入的冷气体与散热器基板下方风道的内部表面接触，通过风扇吸入的冷气体与散热器风道表面间的对流换热将IGBT元件产生的热量吸收，吸收热量温度升高后的热气体通过风罩及出风口排出至散热器外部，最后将热量散至放置电子设备的机柜外部。
[0020]根据能量守恒原则得出电子负载散热所需要的总风量为:
[0021]~ ~ PClArT
1 ?
[0022]其中，Q为系统散热所需的空气流量，P为系统的总发热量，P为空气的密度，Cp为空气的比热，AT为散热系统进出风口的温度差。
[0023]确定了电子负载散热所需总风量后根据散热器结构选取了四个风扇并联抽风冷却方式(风扇特性曲线是由风扇本身性能决定)。然后，计算散热系统特性曲线后结合风扇特性曲线来确定风扇工作点。
[0024]散热系统的特性曲线是散热器风道的风量和风阻关系曲线。根据空气在散热器风道内流动时产生的摩擦压力损失可得散热系统的特性曲线为:
_5] P=^PV
sI
[0026]其中，P为散热器风道内的压力损失，λ为摩擦阻力系数，V为风道内空气的平均流速，I为风道长度；RS为风道水力半径。
[0027]散热系统的特性曲线与风扇特性曲线的交点即为系统的工作点，该点对应的为设备散热所需的最小风量和对应的压力损失。附图5所示的是散热系统风扇工作点的参数，其中实线代表的是本电子负载散热系统的特性曲线，虚线代表的是风扇特性曲线。
[0028]本实用新型的电子负载散热系统主要给KW级较大热耗的IGBT散热，为便于散热器在机柜内和IGBT在散热器基板上的安装，采用了双基板散热器。由于大功率IGBT电子负载的发热量特别大，即需求风扇的风量很大，所以采用四个风扇并联增大风量的方式对IGBT进行集中强迫冷却。在散热系统的散热器和风扇间加装风罩，减小了风扇风量的泄露，提高了风扇风量的利用率，增强了散热效果。
[0029]由于电子设备内大功率IGBT电子负载总发热量已达KW级，且散热器的散热风道较长，为了减小电子设备内的总发热量，要求不计入风扇运转产生的热量，因此在出风口位置选用风扇抽风冷却方式对IGBT进行强迫散热，降低了散热系统总散热量。
[0030]以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种电子负载散热系统,其特征在于:所述散热系统包括散热器、风扇和风罩；所述散热器的上基板上安装有大功率绝缘栅双极型晶体管IGBT电子负载；所述散热器为中空的长方体管状结构，中空部分为风道；所述散热器风道的进风口没有遮挡，出风口安装风扇，风扇采用抽风冷却的方式工作，在出风口与所述风扇之间安装所述风罩。
2.根据权利要求1所述的电子负载散热系统，其特征在于:所述散热器为双基板散热器，上基板安装有大功率IGBT，下基板便于散热器在机柜内的安装固定。
3.根据权利要求1所述的电子负载散热系统，其特征在于:所述风扇为四风扇并联。
4.根据权利要求1所述的电子负载散热系统，其特征在于:所述散热器为材料为铝。
【文档编号】H05K7/20GK203984859SQ201420393932
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】张东来, 陈琦, 张晓峰, 张健 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院, 北京空间飞行器总体设计部