專利名稱：一種散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域的大功率高壓變頻器，尤其涉及適用于該大功率高壓變頻器功率單元的散熱裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高壓大功率變頻調(diào)速裝置的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍也越來(lái)越廣泛，如石油化工、市政供水、冶金鋼鐵、電力能源等行業(yè)的各種風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)等。大功率高壓變頻器的種類繁多，其分類方法也多種多樣。例如，按照中間環(huán)節(jié)有無(wú)直流部分，分為交-交變頻器和交-直-交變頻器；按照直流部分的性質(zhì)，分為電流型變頻器和電壓型變頻器；按照有無(wú)中間低壓回路，分為高-高變頻器和高-低-高變頻器；按照變頻器輸出的電平數(shù)量，分為雙電平、三電平、五電平及多電平變頻器。無(wú)論按上述何種分類方式，功能相對(duì)獨(dú)立的功率模塊均是高壓變頻器的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)高壓變頻調(diào)速的關(guān)鍵部分，當(dāng)它們?cè)谡９ぷ鲿r(shí)，模塊中的功率器件溫度會(huì)不斷增加，因而在綜合考慮各方面的設(shè)計(jì)規(guī)格時(shí)，散熱設(shè)計(jì)是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。當(dāng)前，大功率高壓變頻器在散熱設(shè)計(jì)上，絕大多數(shù)采用鋁擠型散熱器，將所有的功率器件放置在散熱器上，該結(jié)構(gòu)使得其散熱要求很高，在采用大型散熱器的情形下，往往造成功率模塊間距離較大，布局松散，進(jìn)而造成這些功率器件與電解電容組之間的電氣連接配合不便。此外，鋁擠型散熱器體積大、重量大且成本較高，不利于節(jié)省系統(tǒng)的安裝成本。有鑒于此，如何設(shè)計(jì)一種散熱裝置，使其適用于大功率高壓變頻器的功率單元，從而在有效散熱的同時(shí)，還可使變頻器的整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，是業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員亟待解決的一項(xiàng)課題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中大功率高壓變頻器功率單元的散熱裝置在使用時(shí)所存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種新型的散熱裝置。依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種散熱裝置，適于對(duì)大功率高壓變頻器功率單元進(jìn)行散熱，其中，該散熱裝置包括—散熱基板，具有一第一表面、一第二表面以及位于所述第一表面和第二表面間的內(nèi)層；以及一熱管，具有一蒸發(fā)段和一冷凝段，其中，所述熱管的蒸發(fā)段埋設(shè)于所述散熱基板的內(nèi)層中，以及所述熱管的冷凝段用于將來(lái)自所述蒸發(fā)段的熱量釋放至空氣中，其中，大功率高壓變頻器功率單元中的一部分功率器件放置于所述散熱基板的第一表面，以及大功率高壓變頻器功率單元中的另一部分功率器件放置于所述散熱基板的第
二表面。 優(yōu)選地，大功率高壓變頻器包括逆變電路、整流電路和旁路電路，其中，逆變電路放置于散熱基板的第一表面，以及整流電路和旁路電路放置于散熱基板的第二表面。在一實(shí)施例中，所述逆變電路為一 H型逆變橋，并且每一橋臂具有多個(gè)IGBT，優(yōu)選地，每一橋臂的上臂和下臂中的IGBT均采用并聯(lián)連接方式。在另一實(shí)施例中，所述整流電路為一整流橋，并且每一橋臂具有至少一個(gè)整流二極管。在又一實(shí)施例中，所述旁路電路包括多個(gè)橋臂以及與所述多個(gè)橋臂中的每一橋臂并聯(lián)連接的一開(kāi)關(guān)支路，其中，所述每一橋臂均具有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接或串并聯(lián)混合連接的多個(gè)二極管，所述開(kāi)關(guān)支路具有一晶閘管。優(yōu)選地，散熱裝置還包括多個(gè)散熱片，設(shè)置為垂直于所述熱管，并且所述多個(gè)散熱片與所述熱管的冷凝段固定連接，以便將所述冷凝段釋放的熱量傳遞至空氣中。優(yōu)選地，散熱基板由銅、鋁或鋁合金制成。在一具體實(shí)施例中，熱管的冷凝段根據(jù)所述功率器件的發(fā)熱量以及散熱要求設(shè)置為不同的長(zhǎng)度。在另一具體實(shí)施例中，熱管的蒸發(fā)段根據(jù)所述功率器件的散熱要求設(shè)置為不同的管徑。優(yōu)選地，該熱管的蒸發(fā)段為一圓形管狀結(jié)構(gòu)或矩形管狀結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，該熱管為一重力式熱管、一溝槽式熱管、一燒結(jié)式熱管或一絲網(wǎng)式熱管。采用本發(fā)明的散熱裝置，將熱管的蒸發(fā)段埋設(shè)于散熱基板的內(nèi)層中，并且在該散熱基板兩側(cè)的表面上分別放置大功率高壓變頻器功率單元中的一部分功率器件和另一部分功率器件，從而可利用熱管良好的導(dǎo)熱性顯著降低功率器件的工作溫度。此外，將變頻器的功率器件分別放置于散熱基板的兩側(cè)表面，可有效地縮小功率器件所需的布設(shè)空間，進(jìn)而減小散熱基板自身的體積。


讀者在參照附圖閱讀了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
以后，將會(huì)更清楚地了解本發(fā)明的各個(gè)方面。其中，圖1示出依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的用于大功率高壓變頻器功率單元散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖2示出圖1中的散熱裝置所適用的大功率高壓變頻器功率單元的電路示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本申請(qǐng)所揭示的技術(shù)內(nèi)容更加詳盡與完備，可參照附圖以及本發(fā)明的下述各種具體實(shí)施例，附圖中相同的標(biāo)記代表相同或相似的組件。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下文中所提供的實(shí)施例并非用來(lái)限制本發(fā)明所涵蓋的范圍。此外，附圖僅僅用于示意性地加以說(shuō)明，并未依照其原尺寸進(jìn)行繪制。下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明各個(gè)方面的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1示出依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的用于大功率高壓變頻器功率單元散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。參照?qǐng)D1，該散熱裝置包括一熱管10和一散熱基板20。更具體地，熱管10具有一蒸發(fā)段101和一冷凝段103，該蒸發(fā)段101埋設(shè)于散熱基板20的內(nèi)層，以及該冷凝段103用于將來(lái)自蒸發(fā)段101的熱量傳導(dǎo)給其上的散熱片并散發(fā)至空氣中。散熱基板20具有一第一表面(如散熱基板20的左側(cè)表面)、一第二表面(如散熱基板20的右側(cè)表面)以及位于該第一表面和第二表面間的內(nèi)層，其中，所述大功率高壓變頻器功率單元中的一部分功率器件401放置于散熱基板20的第一表面，以及該大功率高壓變頻器功率單元中的另一部分功率器件403放置于散熱基板20的第二表面。由圖1可知，功率器件分別放置于散熱基板20的兩側(cè)，利用散熱基板20的內(nèi)層所埋設(shè)的熱管10良好的導(dǎo)熱性，這些功率器件在正常運(yùn)行時(shí)的工作溫度可保持相對(duì)較低的溫度。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖1中的散熱基板20兩側(cè)分別只放置了功率器件401和403，但這僅僅是示意性的，并且本發(fā)明并不只局限于此。例如，當(dāng)大功率高壓變頻器或其他功率設(shè)備中所包含的功率器件較多時(shí)，還可將兩個(gè)或兩個(gè)以上的功率器件401放置于散熱基板20的左側(cè)表面，以及將兩個(gè)或兩個(gè)以上的其他功率器件403放置于散熱基板20的右側(cè)表面，這些可替換的實(shí)施方式同樣包含于本發(fā)明的精神范圍內(nèi)。在一具體實(shí)施例中，熱管10為一垂直設(shè)置的熱管。結(jié)合圖1，該垂直設(shè)置的熱管的冷凝段103置于蒸發(fā)段101的上方，并且蒸發(fā)段101埋設(shè)于散熱基板20的內(nèi)層中。例如，該熱管的蒸發(fā)段可設(shè)置為矩形管狀結(jié)構(gòu)，以增大熱管與所述功率器件的接觸面積，進(jìn)而減小導(dǎo)熱熱阻。當(dāng)功率器件401和403運(yùn)行時(shí)，溫度升高，因而蒸發(fā)段101中的液體吸收熱能，發(fā)生相的變化即由液體變?yōu)檎羝?，攜帶大量熱能的蒸汽沿?zé)峁?0的內(nèi)部腔體向上運(yùn)動(dòng)而達(dá)到冷凝段103，在冷凝段103內(nèi)蒸汽釋放出攜帶的熱量并通過(guò)熱管管壁傳導(dǎo)給其上的散熱片再散發(fā)到空氣中，蒸汽冷凝重新變回液態(tài)冷凝液，冷凝液體依靠重力或重力和毛細(xì)力的作用從熱管10的上端(即冷凝段103)沿?zé)峁鼙诿婧?或毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部流回下端(即蒸發(fā)段101)，進(jìn)行下一次的吸熱蒸發(fā)/冷凝放熱的導(dǎo)熱循環(huán)。在其他實(shí)施例中，該熱管可以是內(nèi)部壁面沒(méi)有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的重力式熱管，或是內(nèi)部設(shè)有金屬絲網(wǎng)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的絲網(wǎng)式熱管，或是內(nèi)壁面設(shè)有溝槽毛細(xì)結(jié)構(gòu)的溝槽式熱管，或是內(nèi)部壁面設(shè)有燒結(jié)金屬粉末毛細(xì)燒結(jié)結(jié)構(gòu)的燒結(jié)式熱管。其中，毛細(xì)結(jié)構(gòu)不僅提供毛細(xì)力作為工作液體回流的推動(dòng)力，同時(shí)也強(qiáng)化蒸發(fā)吸熱過(guò)程和冷凝放熱過(guò)程，從而提升熱管的傳熱速度，減小熱管的熱阻，改進(jìn)散熱效果。較佳地，為了降低散熱器的成本，本實(shí)施例中采用成本較低的溝槽式銅水熱管。在一具體實(shí)施例中，該散熱裝置還包括多個(gè)散熱片30，設(shè)置為垂直于熱管10，并且多個(gè)散熱片30與熱管10的冷凝段103固定連接，以便更迅速地將熱管傳導(dǎo)來(lái)的熱量散發(fā)到空氣中。在另一具體實(shí)施例中，散熱基板20可由銅、鋁或鋁合金制成。圖2示出圖1中的散熱裝置所適用的大功率高壓變頻器功率單元的電路示意圖。參照?qǐng)D2，該大功率高壓變頻器包括整流電路201、電解電容組203、逆變電路205和旁路電路207，并且該逆變電路205放置于散熱基板20的第一表面，以及整流電路201和旁路電路207放置于散熱基板20的第二表面。不難理解，由于該逆變電路205工作時(shí)為高頻信號(hào)，而整流電路201和旁路電路207為低頻信號(hào)，當(dāng)逆變電路205與整流電路201、旁路電路207分置于散熱基板20兩側(cè)表面后，可有效防止高頻信號(hào)對(duì)低頻信號(hào)產(chǎn)生干擾。在圖2所示的大功率高壓變頻器功率單元中，整流電路201對(duì)三相交流輸入電壓進(jìn)行整流，從而將該交流輸入轉(zhuǎn)換為直流輸入。另外，為了對(duì)主電路中的電流進(jìn)行限流保護(hù)，在變頻器的交流輸入端與整流電路201之間還可設(shè)置熔斷器，當(dāng)電路中的電流高于熔斷器的額定電流時(shí)，對(duì)電路進(jìn)行斷路保護(hù)。電解電容組203電性連接至整流電路201，用于對(duì)整流后的直流電壓進(jìn)行濾波處理。
逆變電路205，例如IGBT逆變橋，電性連接至電解電容組203，用于將該直流電壓轉(zhuǎn)換為頻率和相位均可調(diào)的交流電壓。較佳地，為提升IGBT逆變橋中每一 IGBT的電流值，可使用多個(gè)IGBT并聯(lián)連接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。旁路電路207與IGBT逆變橋相連接，用于在IGBT逆變橋工作異常時(shí)提供旁路功能。在一實(shí)施例中，IGBT逆變橋?yàn)橐?H型逆變橋，包括多個(gè)橋臂，且每一橋臂具有多個(gè)IGBT，并且每一橋臂的上臂和下臂中的IGBT均采用并聯(lián)連接方式。較佳地，IGBT逆變橋包括一第一橋臂和一第二橋臂，并且第一橋臂中IGBT相交的節(jié)點(diǎn)電性連接至變頻器的交流輸出端之第一端子，第二橋臂中IGBT相交的節(jié)點(diǎn)電性連接至變頻器的交流輸出端之第二端子。在另一實(shí)施例中，整流電路201為一整流橋，并且每一橋臂具有至少一個(gè)整流二極管。在又一實(shí)施例中，旁路電路207包括多個(gè)橋臂以及與所述多個(gè)橋臂中的每一橋臂并聯(lián)連接的一開(kāi)關(guān)支路，其中，每一橋臂均具有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接或串并聯(lián)混合連接的多個(gè)二極管，開(kāi)關(guān)支路具有一晶閘管。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，不同的功率器件，其在正常工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量也不一樣，為了節(jié)約散熱裝置的熱管成本，并兼顧功率器件的散熱效率，可對(duì)本發(fā)明上述的散熱裝置進(jìn)行變更，并且這些變更后的散熱結(jié)構(gòu)也同樣包含在本發(fā)明的精神范圍內(nèi)。在一具體實(shí)施例中，熱管的冷凝段103根據(jù)功率器件的發(fā)熱量以及散熱要求設(shè)置為不同的長(zhǎng)度。例如，當(dāng)整流電路中的二極管、旁路電路中的二極管、晶閘管和IGBT的散熱要求較低時(shí)，可縮短熱管冷凝段103的長(zhǎng)度，以避免浪費(fèi)熱管材料。又如，當(dāng)整流電路中的二極管、旁路電路中的二極管、晶閘管和IGBT的散熱要求較高時(shí)，可將熱管冷凝段103的長(zhǎng)度拉長(zhǎng)。在另一具體實(shí)施例中，熱管的蒸發(fā)段101根據(jù)功率器件的散熱要求設(shè)置為不同的管徑。例如，當(dāng)整流電路中的二極管、旁路電路中的二極管、晶閘管和IGBT的散熱要求較低時(shí)，可選擇管徑較小的熱管，以避免因采用大口徑的熱管而造成熱管的成本增加。又如，當(dāng)整流電路中的二極管、旁路電路中的二極管、晶閘管和IGBT的散熱要求較高時(shí)，可選擇管徑較大的熱管，以滿足功率器件快速散熱的要求。采用本發(fā)明的散熱裝置，將熱管的蒸發(fā)段埋設(shè)于散熱基板的內(nèi)層中，并且在該散熱基板兩側(cè)的表面上分別放置大功率高壓變頻器功率單元中的一部分功率器件和另一部分功率器件，從而可利用熱管良好的導(dǎo)熱性顯著降低功率器件的工作溫度。此外，將變頻器的功率器件分別放置于散熱基板的兩側(cè)表面，可有效地縮小功率器件所需的布設(shè)空間，進(jìn)而減小散熱基板自身的體積。上文中，參照附圖描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。但是，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種散熱裝置，適于對(duì)大功率高壓變頻器功率單元進(jìn)行散熱，其特征在于，所述散熱裝置包括: 一散熱基板，具有一第一表面、一第二表面以及位于所述第一表面和第二表面間的內(nèi)層；以及 一熱管，具有一蒸發(fā)段和一冷凝段，其中，所述熱管的蒸發(fā)段埋設(shè)于所述散熱基板的內(nèi)層中，以及所述熱管的冷凝段用于將來(lái)自所述蒸發(fā)段的熱量釋放至空氣中， 其中，所述大功率高壓變頻器功率單元中的一部分功率器件放置于所述散熱基板的第一表面，以及所述大功率高壓變頻器功率單元中的另一部分功率器件放置于所述散熱基板的第二表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述大功率高壓變頻器包括一逆變電路、一整流電路和一旁路電路，其中，所述逆變電路放置于所述散熱基板的第一表面，以及所述整流電路和所述旁路電路放置于所述散熱基板的第二表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的散熱裝置，其特征在于，所述逆變電路為一H型逆變橋，并且每一橋臂具有多個(gè)IGBT。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的散熱裝置，其特征在于，所述每一橋臂的上臂和下臂中的IGBT均采用并聯(lián)連接方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的散熱裝置，其特征在于，所述整流電路為一整流橋，并且每一橋臂具有至少一個(gè)整流二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的散熱裝置，其特征在于，所述旁路電路包括多個(gè)橋臂以及與所述多個(gè)橋臂中 的每一橋臂并聯(lián)連接的一開(kāi)關(guān)支路，其中，所述每一橋臂均具有串聯(lián)連接、并聯(lián)連接或串并聯(lián)混合連接的多個(gè)二極管，所述開(kāi)關(guān)支路具有一晶閘管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，還包括多個(gè)散熱片，設(shè)置為垂直于所述熱管，并且所述多個(gè)散熱片與所述熱管的冷凝段固定連接，以便將所述冷凝段釋放的熱量傳遞至空氣中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述散熱基板由銅、鋁或鋁合金制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述熱管的冷凝段根據(jù)所述功率器件的發(fā)熱量以及散熱要求設(shè)置為不同的長(zhǎng)度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述熱管的蒸發(fā)段根據(jù)所述功率器件的散熱要求設(shè)置為不同的管徑。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的散熱裝置，其特征在于，所述熱管的蒸發(fā)段為一圓形管狀結(jié)構(gòu)或矩形管狀結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述熱管為一重力式熱管、一溝槽式熱管、一燒結(jié)式熱管或一絲網(wǎng)式熱管。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種散熱裝置，適于對(duì)大功率高壓變頻器功率單元進(jìn)行散熱，包括一散熱基板，具有一第一表面、一第二表面以及位于上述兩表面間的內(nèi)層；以及一熱管，具有一蒸發(fā)段和一冷凝段，其蒸發(fā)段埋設(shè)于散熱基板的內(nèi)層中，其冷凝段用于將來(lái)自蒸發(fā)段的熱量釋放至空氣中，其中，大功率高壓變頻器功率單元中的功率器件分別放置于第一表面和第二表面。采用本發(fā)明的散熱裝置，將熱管的蒸發(fā)段埋設(shè)于散熱基板的內(nèi)層中，并且在該散熱基板兩側(cè)的表面上分別放置功率器件，可利用熱管良好的導(dǎo)熱性顯著降低功率器件的工作溫度，還可有效地縮小功率器件所需的布設(shè)空間，進(jìn)而減小散熱基板自身的體積。
文檔編號(hào)H02M5/458GK103078518SQ20111033013
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者仝愛(ài)星, 張育銘, 甘鴻堅(jiān), 馬少才, 應(yīng)建平 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子企業(yè)管理(上海)有限公司