高压变频器功率模块相变散热研究

石华林， 熊 斌， 刘作坤， 贾媛媛， 顾国彪

(1. 中国科学院电工研究所， 北京 100190； 2. 中国科学院大学， 北京 100049；3. 北京首钢国际工程技术有限公司， 北京 100043；4. 山西辰诚建设工程有限公司， 山西 阳泉 045000)

1 引言

随着高压动力设备容量等级的大幅提升和节能降耗要求的不断提高，高压变频器在行业中的应用越来越广泛。变频器的核心部件是电力电子功率器件，而电力电子器件的散热是制约其性能和可靠性的关键因素。目前主要应用的散热方式包括自然空冷、强迫空冷、水冷、相变冷却等。

自然空冷通过空气受热膨胀引起密度变化而形成的浮升力进行散热，结构设计简便，无需辅助设备，但效率较低。强迫空冷效率相比自然空冷要高，但风扇等运转设备带来噪声和运维问题，适于中小功率设备，对于大功率设备往往需要配备体积巨大的散热器，对煤矿井下等散热环境条件相对恶劣以及大功率要求的应用场合，这类散热方式越来越难以满足要求。对于大功率设备，目前多采用水冷方式，水冷(包括配一定比例乙二醇等)散热效率高，但维持水冷需要循环泵、去离子水处理和补水装置等多个系统组成，系统工艺复杂，需要定期维护，循环系统工作压力高，容易发生泄露，一旦泄露，作为冷却工质的水不具备绝缘性，会带来严重安全隐患[1-3]。传统水冷板一般内部布置有串联的流动通道，流动通道处和通道间会形成温差，导致冷板表面的温度均匀性不佳，功率器件冷却温度的不均匀会在器件内部产生热应力，影响器件运行的稳定性和可靠性。……