高功率IGBT散热向液冷看齐

高功率IGBT散热向液冷看齐

绝缘栅双极晶体管（insulated gate bipolar transistor，IGBT）是新能源转换系统和高压电源开关装置中的关键部件，也是大功率半导体中具有代表性的平台器件，它能大幅提高电机驱动的效率，目前广泛应用于照明、汽车、高铁等领域。作为一个具有高热流密度的电力电子控制电路的核心功能器件，大部分的 IGBT 模块的失效都与热故障有关，热量的积累会严重影响器件的工作状态和性能，若温度过高（150°C），也会对整个系统模块的正常运行构成严重威胁，甚至是损坏。因此，对IGBT做有效的热检测与管理十分重要。正和铝业针对高热流密度元器件有专业的技术及设计工程师，可以针对不同的IGBT项目设计高效，稳定，紧凑轻便的液冷换热方案。

目前IGBT散热形式有2种：被动散热（通过自然对流的方式进行散热，无需借助外界力即可将热量散至大气环境中）和主动散热（如风冷或水冷）

被动散热包括：

• 翅片散热：IGBT 产生的热量将通过散热器翅片自然对流散发；

• 热管冷却技术：作为两相传热设备的热管，具有低传热温差、高传热性能，高有效热导率优点，工作原理简单，无需机械维护，纯简单易操作的被动方式。（若嵌入翅片，散热效率将有更大的提升）

• 基于相变材料（Phase Change Material,PCM）的散热：-利用物质在相变时释放或吸收潜热，实现传热控制的新型材料

主动散热由于是借助了外力的散热，因此可有效提高散热器的散热效率1~2个能量级，冷却速度更快。但不同的使用场景下，应选择合适的散热方式。

主动散热包括：

• 风冷散热技术：对有大功率和热通量的IGBT散热需求提供足够的冷却，强化风冷散热的措施主要为增大散热面积、提高换热系数和合理设计风道，这与散热器材料，结构，翼片等有关。相较于自然冷却的方式，强制风冷的散热量可提高5~12倍。但需要注意的是强制风冷需要配置风机和风路，可能会产生较大的噪音。

• 液冷散热技术：当设备的功率十分大时（兆伏安级别下），受风道、风压与噪声指标等条件的限制，强制风冷散热技术无法满足更高的散热需求时，水冷散热是个很好的选择，液冷板散热系数约为空气自然冷却的100-300倍。有时出于对绝缘性要求的考虑，在高压大功率的电力电子装置中会使用油冷式散热。