كيفية تحسين الأداء الحراري لوحدة IGBT

إذا كانت قوة وحدة IGBT ثابتة والمقاومة الحرارية بين أغلفة IGBT ثابتة، فإن المقاومة الحرارية بين غلاف IGBT والمشتت الحراري ترتبط بالمادة ودرجة التلامس للمشتت الحراري، لكن المقاومة الحرارية هنا صغيرة، وبالتالي فإن تغيير المادة ودرجة التلامس مع المبرد لها تأثير ضئيل على عملية تبديد الحرارة بأكملها.

عملية التبريد لوحدة IGBT هي كما يلي: فقدان طاقة IGBT عند الوصلة؛ يتم نقل درجة الحرارة عند الوصلة إلى غلاف وحدة IGBT؛ غرفة تبريد التوصيل الحراري على وحدة IGBT؛ يتم نقل الحرارة من غرفة التبريد إلى الهواء.

هناك عاملان رئيسيان يؤثران على تبديد الحرارة، أحدهما هو الخسارة الإجمالية والآخر هو المقاومة الحرارية للمشتت الحراري. ومع ذلك، نظرًا للقيود المفروضة على طاقة الخرج وظروف العمل الفعلية، لا يمكن تغيير إجمالي فقدان الطاقة لـ IGBT، لذا ما يجب مراعاته هو كيفية تغيير المقاومة الحرارية من الرادياتير إلى الهواء أو الوسائط الأخرى.

يجب تقليل ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن الطاقة المتبددة لجهاز الطاقة بواسطة المبدد الحراري. من خلال المبدد الحراري، يمكن زيادة منطقة التوصيل الحراري والإشعاع لجهاز الطاقة، ويمكن توسيع تدفق الحرارة ويمكن تخزين عملية انتقال التوصيل الحراري مؤقتًا، ويمكن نقل الحرارة مباشرة أو من خلال وسط التوصيل الحراري إلى التبريد وسط، مثل الهواء أو السائل أو الخليط السائل.

تبريد الهواء الطبيعي:

يشير تبريد الهواء الطبيعي إلى تحقيق أجهزة التدفئة المحلية لتبديد الحرارة إلى البيئة المحيطة دون استخدام أي طاقة مساعدة خارجية، وذلك لتحقيق غرض التحكم في درجة الحرارة. وعادة ما يشمل التوصيل الحراري والحمل الحراري والإشعاع. إنها مناسبة للأجهزة والمكونات منخفضة الطاقة ذات المتطلبات المنخفضة للتحكم في درجة الحرارة والتدفق الحراري المنخفض لتسخين الجهاز، بالإضافة إلى الأجهزة المغلقة أو المجمعة بكثافة والتي لا تناسب أو لا تحتاج إلى تقنيات تبريد أخرى.

تبريد الهواء القسري:

يتميز تبريد الهواء بالحمل القسري بكفاءة عالية في تبديد الحرارة، ومعامل نقل الحرارة الخاص به يبلغ 2-5 أضعاف التبريد الذاتي. وينقسم تبريد الهواء بالحمل القسري إلى قسمين: المشتت الحراري ذو الزعانف والمروحة. تتمثل وظيفة المبرد ذي الزعانف في الاتصال المباشر بمصدر الحرارة في إخراج الحرارة المنبعثة من مصدر الحرارة، ويتم استخدام المروحة لإجبار التبريد الحراري على المبدد الحراري، وذلك لإجبار تبريد الهواء، والذي يرتبط بشكل أساسي بـ المواد والهيكل وزعانف المبرد. كلما زادت سرعة الرياح، قلت المقاومة الحرارية للرادياتير، ولكن زادت مقاومة التدفق. ولذلك، ينبغي زيادة سرعة الرياح بشكل مناسب لتقليل المقاومة الحرارية. بعد أن تتجاوز سرعة الرياح قيمة معينة، يكون تأثير زيادة سرعة الرياح على المقاومة الحرارية صغيرًا جدًا.

تبريد غرفة التبريد بالأنبوب الحراري:

أنبوب الحرارة هو عنصر نقل الحرارة مع الموصلية الحرارية العالية. إنه يحقق تأثير نقل الحرارة الاستثنائي مع وضع نقل الحرارة الفريد. يتميز نموذج المنفعة بمزايا القدرة القوية على نقل الحرارة، والقدرة الممتازة على معادلة درجة الحرارة، والكثافة الحرارية المتغيرة، وعدم وجود معدات إضافية، والتشغيل الموثوق، والهيكل البسيط، والوزن الخفيف، وعدم الصيانة، وانخفاض مستوى الضجيج وعمر الخدمة الطويل، ولكن السعر باهظ الثمن.

التبريد السائل:

بالمقارنة مع تبريد الهواء، فإن التبريد السائل يحسن بشكل كبير التوصيل الحراري. يعد التبريد السائل خيارًا جيدًا لأجهزة الطاقة الإلكترونية ذات كثافة الطاقة العالية. يستخدم نظام التبريد السائل مضخة التدوير لضمان دوران سائل التبريد بين مصدر الحرارة ومصدر البرد لتبادل الحرارة. كفاءة تبديد الحرارة للمبرد المبرد بالماء عالية جدًا، وهي تساوي 100-300 مرة من معامل انتقال الحرارة للهواء البارد الطبيعي. يمكن أن يؤدي استبدال المبرد المبرد بالهواء بالمبرد المبرد بالماء إلى تحسين قدرة الأجهزة بشكل كبير.