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隨著電子技術的發展，電力電子器件體積趨于微型化，系統復雜程度不斷提高，高熱密度不可避免。為了應對電力電子器件內部產生的高熱密度，各種散熱手段層出不窮，在眾多的散熱方式中，選擇合理、經濟、可靠的散熱方式具有重要意義。

1概述

近年來，電力電子集成技術發展迅速，使得電力電子器件的性能得到提升，維護難度降低，從而大大提高了電力電子器件的應用范圍。現階段，電力電子器件體積越來越小、功能不斷完善，對裝置的材料、制造工藝以及電子電路帶來了新的挑戰，裝置內部產生的高熱密度制約了電力電子集成技術的發展。隨著技術的發展，對電力電子器件的要求越來越高，電力電子器件不斷向集成化、小型化的方向發展，不僅要具有可靠性、靈活性、緊湊性和易維護的特點，還要具有高散熱效率，由此，對電力電子器件的散熱技術提出了新的更高的要求。

2常用散熱方式及散熱效果分析

2.1風冷翅片散熱方式及效果風冷翅片散熱器組成分為翅片散熱器和風扇兩部分，其中，翅片散熱器直接和熱源接觸，能夠將熱源發出的熱量及時散出去。風扇通過葉片轉動制造給散熱器強制對流冷卻降溫。風冷翅片散熱器的散熱效果與其結構密切相關，對風冷散熱器的研究目前主要集中在散熱器的結構、材料及散熱特性上。風冷翅片散熱器的風扇也會影響散熱效果，當風扇風速提高時，散熱效果就好，隨著風速增大，流動阻力也會相應的增大，因此，風速也不易過大，風速超過一定數值后，不僅不能提高散熱效果，還會造成電能損耗。風冷翅片散熱方式具有技術成熟、結構簡單、安全可靠、價格低廉的特點，是應用最為普遍的散熱方式，但是這種散熱方式散熱效果一般，不能將電子器件內部溫度降至室溫以下，且風扇轉動會產生一定的噪音，風扇使用壽命有限。

2.2水冷散熱方式及散熱效果由于風冷散熱能力有限，隨著電力電子器件中熱流密度升高，對散熱方式提出了更高要求，水冷散熱方式應運而生。研究表明，水強制對流的換熱系數是氣體強制對流換熱系數的百倍以上，采用水冷散熱方式能夠大大提高散熱效果。水冷散熱裝置通常由散熱器、水管及水泵組成。散熱器有進水口和出水口，在散熱器內部設計了大量的水道，使其與熱源充分接觸，帶走更多的熱源，從而將水冷的優勢發揮到極致。水冷散熱裝置散熱效果好，不會產生振動和噪音，但這種散熱裝置的缺點是價格昂貴，使用成本高。散熱器中的水處于密閉狀態，容易出現變質、結垢等現象，從而影響散熱效果。因此在使用過程中不能出現斷水或漏水的情況。此外，在冷卻過程中，水流會不斷流動，可能會造成電子器件周圍磁場變化，從而影響電子器件工作的穩定性。

2.3微通道冷卻散熱方式及效果微通道冷卻技術是在高導熱率的材料上設計大量的微通道，微通道直徑可到微米級，導熱材料的底面與熱源接觸，將熱量通過微通道壁傳導到通道內，之后通過強制對流流體將熱量散出。由于微通道直徑達到微米級，數量密集，流體與散熱器的接觸面積顯著增大，在微通道內，液體受熱會處于一種高度不穩定狀態，換熱能力大大增強，較空氣對流傳熱能力高出了2個數量級，散熱效果大大提升。這種新的散熱方式對微通道的加工要求比較嚴格，目前研究集中在微通道的結構參數設計上，如翅片長度、翅片間距等，研究這些參數對換熱過程及流動阻力的影響，達到提升散熱效果的目的。微通道冷卻技術的微通道截面積小，通道壁升溫后，液體通過通道是會迅速升溫，由于升溫較大，會引起熱應力過高或芯片熱電不匹配等問題，影響了電力電子器件工作的穩定性。通過增大流體流速可以達到降溫效果，但流體流動會產生較大噪音，通常流體流速不能過大，因此，不能從根本上解決升溫的問題。雖然采用氣液相變能夠達到降溫的效果，但這種方式會使得散熱器結構變得異常復雜。

2.4半導體制冷散熱效果半導體制冷的基本原理是利用珀耳貼效應，該制冷裝置由半導體按特殊的結構組成，達到制冷的效果。通常采用2中不同金屬導線組成封閉線路，接通電源后，制冷裝置冷端的熱量被轉移到熱端，使得冷端溫度降低，熱端溫度升高，于是一段吸熱，一端放熱，達到制冷的效果。半導體制冷是近年來發展起來的新技術，其具有常規制冷技術不具備的優點，能夠適應電力電子器件內部高熱流密度的情況，將裝置內部溫度降到低于室溫，由于其采用閉環溫控電路，對溫度控制精度較高。由于沒有運動部件，工作穩定無噪音，使用壽命長。但是該制冷方式制冷效率較低，制冷溫差較小，還需要進一步加強對半導體材料的研究，進一步提升制冷效果。

2.5熱管散熱方式熱管的組成通常包括管殼、多孔毛細管芯及工作介質。散熱過程中，工作介質處于真空狀態，通過吸收蒸發段吸收的熱量后汽化，在壓差的作用下流向冷凝段，在冷凝段放出熱量凝結成液體，在多孔毛細管芯抽吸力作用下，凝結的液體從冷凝段回到蒸發段，吸收熱源產生的熱量，在壓差的作用下流向冷凝段，如此反復，達到持續散熱的效果。熱管作為一種新的散熱方式，具有在較小溫差情況下傳遞較大熱量的優點，具有很高的相對導熱率，能夠達到銅的上百倍。但是熱管具有傳熱極限，當熱量超過熱管傳熱極限時，熱管內工作介質會被汽化，使得熱管內循環中斷，熱管不能正常工作。因此，還需要加強對微型熱管的技術研究攻關，不斷提升熱管的散熱效果。

3結束語

隨著電力電子器件不斷的小型化、集成化，對散熱裝置的散熱性能提出了更高的要求，推動著冷卻技術不斷向前發展，冷卻方式也不斷推陳出新，每一種冷卻方式都有各自的優缺點和使用范圍，要熟悉和掌握各種冷卻方式的特點，針對不同的電力電子器件，選擇合理、經濟、可靠的散熱方式顯得尤為重要。

參考文獻

[1]陳治明.電力電子器件基礎[M].北京:機械工業出版社,1992.

作者：邢烜瑋 單位：青島海爾空調器有限總公司