[发明专利]一种大功率热管散热器散热瓶颈测定方法

说明书

本发明公开了一种大功率热管散热器散热瓶颈测定方法，属于电子器件散热技术领域；本发明通过测量额定工况下的散热器内部特征温度点数据，计算各环节传热温差并与其理论预期值对比分析，从而找到制约热管散热器整体性能的主要环节，揭示出热管散热器散热瓶颈，以指导热管散热器优化改进方向；本发明克服了热管散热器设计和评估中的盲目性，可准确诊断出已有大功率散热器性能是否还有较大改进空间，以及该从何处改进。

技术领域

本发明属于电子器件散热技术领域，具体涉及一种大功率热管散热器散热瓶颈测定方法。

背景技术

随着半导体功率器件的快速发展，单个器件的功率密度越来越高，目前晶闸管功率水平已达9kV/12kA、GTO达9kV/10kA、IGBT达6.6kV/3.5kA，由于这些大功率半导体器件额定电压高、额定电流大，其发热总量大、发热密度高，对散热器的散热效率要求非常高，其冷却散热也是制约大功率电力电子设备体积、重量及可靠性的核心。在采用风冷散热时，需要采用大功率热管散热器。

由于大功率热管散热器对散热器体积、风量、整体热阻等技术指标的限制要求非常严格，其研制过程相对困难。目前大容量热管散热器研制过程中，一般都是对设计方案进行温度场仿真或试制样品并测试、当测试结果不满足项目要求时则重新调整设计方案再仿真或打样测试，直至找到符合项目要求的方案。这个设计方案调整过程是基于设计者的经验和判断去进行不断尝试，比如改变翅片数量及形状、调整热管形状及组合方式、改变基板尺寸等，产品设计及方案依赖于设计者的经验，缺乏针对性、设计结果也具有较大随机性和不确定性，会导致多次尝试仍找不到合格方案，或找到了合格方案但技术经济指标非最优。

目前的散热器测试方法一般是测试散热器整机性能指标，即散热器在给定热源功率及冷却介质流量下的整体温升或热阻数据，其结果可判断散热器性能是否合格，但难以指引散热器改进方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率热管散热器散热瓶颈测定方法，通过测试散热器内部的温度场分布特征，获得各部件传热温差并与理论值比较，从而分析制约散热器散热性能的瓶颈，进而指导热管散热器优化改进方向。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供一种大功率热管散热器散热瓶颈测定方法，包括以下步骤：

(1)根据已知给定大功率热管散热器的结构组成，将其分解为多个相对独立的传热单元；

(2)在散热器额定运行工况下，从各传热单元上选择代表性位置作为温度特征点，测量各特征点的温度分布数据；

(3)根据步骤(2)所得温度分布数据，计算各传热单元的实测温差；

(4)根据各传热单元的数学模型或经验数据，估算各传热单元在对应工况下的温差理论预期值；

(5)将各传热单元的实测温差与理论预期值对照，判断各传热单元为温差异常环节或者温差正常环节；

(6)结合各传热单元的实测温差大小、温差是否异常，判断各传热单元是否严重制约散热器散热性能或者已经足够优化，进而确定制约散热器性能的瓶颈。

优选的，步骤(1)中，所述传热单元包括在不同位置的代表性子部件，以及不同部件的接触面。

进一步，所述代表性子部件包括基板、热管、翅片等结构件。

进一步，所述接触面包括基板与热管的接触面，热管与翅片的接触面，以及散热器不同位置的子部件接触面。

更进一步，所述基板与热管的接触面包括热源正对位置背部的基板与热管接触面，以及远离热源位置的基板与热管接触面。