IGBT 驱动模块的散热结构主要有以下几种:
自然对流散热结构:依靠空气自然流动带走热量,无需额外动力设备,结构简单无噪音,但散热能力有限,适用于功率小、散热要求低的 IGBT 驱动模块。如一些小型实验设备中的 IGBT 模块,仅靠设备外壳上的散热孔实现自然对流散热。
强制风冷散热结构:由散热器、风扇等组成,风扇使空气强制流动带走热量。散热器常采用翅片结构增加散热面积,可通过优化翅片形状、间距等提高散热效果,适用于对散热要求较高但又不适合液冷等复杂散热方式的场合。如工业变频器中的 IGBT 驱动模块,常采用强制风冷散热,通过安装在机箱内的风扇对带有翅片的散热器吹风散热。
间接液冷散热结构:采用平底散热基板,基板下涂导热硅脂,紧贴液冷板,液冷板内通冷却液。热量从芯片经 DBC 基板、平底散热基板、导热硅脂传导至液冷板,再由冷却液带走,常用于车规级 IGBT 功率模块等对散热要求较高且空间相对充裕的场合。
直接液冷散热结构:在功率模块底部的散热基板增加针翅状散热结构,可直接加上密封圈通过冷却液散热,无需导热硅脂,能使 IGBT 功率模块与冷却液直接接触,大幅提高散热效率,适用于高功率密度的 IGBT 驱动模块,如新能源汽车的电机控制器中的 IGBT 模块。
常规热虹吸管散热结构:重力热管只需加热段位于冷凝段下方,就可实现内部工质循环,结构简单,应用广泛。早期用于 IGBT 模块散热的热管冷却系统是在冷却基板钻取孔洞,将重力热管竖直嵌入基板上,远离基板的热管表面装配散热翅片,通过 “热管散热器 + 空气对流” 散热。
平板热管散热结构:采用多个平板微热管构成平板微热管阵列,配合翅片使用,散热效果好,可保证 IGBT 模块在自然冷却条件下结温处于正常工作范围。
环路热管散热结构:带有毛细芯,蒸发器采用嵌入式工艺处理,将多组环路热管均匀埋藏在冷却基板内部,同一层面的热管蒸发器受热均匀,散热器占用 IGBT 模块的整体尺寸小。
相变材料散热结构:将相变材料填充在 IGBT 模块与散热器之间,利用其相变潜热提高散热效果,能有效减少温度波动,适用于热负荷波动较大的场合。如在一些间歇性高功率工作的 IGBT 设备中,可在模块周围填充相变材料来稳定温度。
热界面材料散热结构:在 IGBT 模块与散热器之间填充导热硅脂、导热垫片等热界面材料,减少接触热阻,使热量能更顺畅地从模块传递到散热器上,是提高散热效率的重要辅助手段。
散热鳍片与散热片结构:通过在 IGBT 驱动模块周围或散热器上设置散热鳍片或散热片,增加散热面积,促进热量散发。散热鳍片通常具有较高的纵横比,以提高散热效率;散热片则可以是各种形状和尺寸,根据具体的应用需求进行设计。
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