[发明专利]一种高压大功率串联晶闸管自冷热管散热器组及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件、电力电子和传热及散热领域，具体涉及一种高压大功率串 联晶闸管自冷热管散热器组。

背景技术

目前在电力电子技术领域高压大容量功率变换技术的应用越来越广泛，线路电压高而电 力电子元件耐压相对低，许多场合需要采用器件串并联的措施来满足电力公用事业和工业界 用户对晶闸管阀的功率处理容量的要求。由晶闸管串联组成的阀器件在静止无功补偿、大功 率直流电源以及高压变频调速等领域应用广泛，其元件散热主要采用水冷系统和热管散热器 冷却的方式。

热管散热器具有很高的热传导能力，相同重量下比银、铜、铝可多传递几个数量级的热 量，热管散热器突出特点在于传热能力强、均温能力优良、热密度可变、无外加设备、工作 可靠、结构简单、重量轻、不用维护。

晶闸管自冷热管散热器是应用于电力电子设备中的一种先进的高效散热器件。传统的热 管散热器重量较大，加上该散热器采用的是价格较昂贵的铜材和铝材，再加上串联热管散热 器数量为晶闸管元件的两倍，数量多，使得散热器的成本较高。随着电力电子设备不断向高 电压大功率方向发展，对晶闸管和热管散热器串联应用提出了更高的要求，同时整体串联结 构方式朝着轻巧、便捷方向发展，要求设备结构紧凑、重量轻、体积小。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提出一种散热效率高、可靠性强、成本低的大功率 晶闸管用散热系统。

为实现上述目的，本发明的一种串联晶闸管自冷热管散热器组，包括：n(n≥2)个晶闸 管1、n+1个热管散热器2、带有绝缘伞群的绝缘铸件3、顶压机构4、高纯度环氧绝缘板5、 两个端头铝合金金属块6、绝缘隔板7和热管散热器基板8，其特征在于所述晶闸管1与热管 散热器2相互交叉间隔串联摆放在两块所述高纯度环氧绝缘板5之间，所述串联晶闸管1和 热管散热器组2下侧的环氧绝缘板5的厚度大于上侧的环氧绝缘板5；在热管散热器基板8 的上、下侧均固定有所述带有绝缘伞群的绝缘铸件3，其作用是增加晶闸管间平直环氧绝缘 板的绝缘爬距，将绝缘电压等级提高至晶闸管耐压水平；所述顶压机构4由顶压螺杆、叠簧、 螺母和压块构成，用于对晶闸管1及热管散热器2的串联压接，在所述顶压机构4的作用下 使得串联的晶闸管1和热管散热器2沿上下两侧的环氧绝缘板5移动，通过顶压螺杆和叠簧 的作用将晶闸管1和热管散热器2串压接到适宜的力度；所述串联晶闸管1和热管散热器组 2的两个端部固定有两个铝合金金属块6，用于固定调试好的串联晶闸管1和热管散热器2的 位置，控制顶压机构4对串联晶闸管1和热管散热器2的压接行程，使散热器的各个部件在 使用时位置固定，不发生位置移动；两热管散热器2之间设置有所述绝缘隔板7，用于提高 两热管散热器2之间的绝缘，改善高压电场的分布特性。

其中，所述串联晶闸管1和热管散热器组2下侧和上侧的环氧绝缘板5的厚度根据串联 晶闸管与热管散热器的数量和总重量有关，挠度设计在1mm之内，以保证压接晶闸管的同心 度，尽可能的减小了晶闸管同热管散热器基板台面之间的接触热阻。

其中，所述带绝缘伞群的绝缘铸件3上开有可容下高纯度环氧绝缘板5的凹槽9，用于 固定热管散热器2和高纯度环氧绝缘板5的方向和位置，同时所述绝缘铸件3还起到提高所 述高纯度环氧绝缘板5的绝缘爬距的作用，将绝缘电压等级提高至晶闸管耐压的水平。

本发明的有益效果是：所述高压串联晶闸管自冷热管散热器组的连接方式整体考虑了高 电压电场分布及绝缘特性，有效解决了晶闸管同热管散热器紧密串联压接时的高压绝缘问题， 本发明采用的热管散热器同晶闸管间隔串联压接方式，具有结构紧凑、散热效率高、耐高压、 免维护、组装方便的特点。

1.结构紧凑，体积比两个散热器压装一个晶闸管元件然后再间接串联的结构要小，节约 空间。

2.节约成本，结构简单相对来说热管散热器总重量轻，制造成本相对低廉，且采用这种 结构要比两个散热器压一个晶闸管元件的结构节约铜母线排，节约附属配件成本。

3.整个晶闸管串联热管散热器在相同质量下散热效率和散热功率更高。

4.耐压相对较高，此串联结构耐高电压性能取决于单层晶闸管自身的耐压性能，不会因 为晶闸管串压热管散热器而降低了单层晶闸管间的耐压性能。

5.串联压接力可调，以适用不同型号晶闸管压接。