[发明专利]功率半导体的冷却

说明书

公开了用于固态断路器的冷却布置。在一种布置中，MOV设置在两个脉动热管之间。IGCT设置在每个脉动热管的远离MOV的另一侧上。在另一布置中，汇流条与设置在脉动热管与IGCT之间的散热器成一体。

背景技术

本发明总体上涉及功率半导体及其冷却。

功率半导体会散发大量热量，这些热量必须被去除以将器件保持在合理工作温度(即，125℃)。传统上，这是通过笨重的散热器或液体冷却来实现的。一些产品使用Cothex的基于两相热虹吸管的冷却来提供比没有液体冷却所需要的辅助泵的散热器更高的功率密度。不幸的是，功率半导体的几何形状(例如，IGCT的圆形)与这些两相冷却系统的基板不同，因此它们必须以效率较低的热点配置操作。散热器也常用于电力电子冷却。散热器的一些示例是热界面垫(例如，石墨垫)、铜或铝板、带有嵌入式热管的铜板、和蒸汽室(如二维热管)。将热量散布到基板的整个区域是可取的，但是如果不增加成本和复杂性，这并不容易实现。

发明内容

描述了一种用于在重复操作中操作固态断路器的新配置。当断路器需要在故障之后进行多次重合闸动作时，这一点尤其重要。现有技术涉及电涌放电器的自然对流冷却。如图1(图表中的顶线)所示，自然对流冷却允许电涌放电器在重复操作中稳定地升高温度。电涌放电器在使用之后可能需要30分钟以上才能冷却。同样，如图1(图表中的底线)所示，所描述的配置允许以3秒间隔重复关闭和打开，而不会使电涌放电器组件的尺寸过大。还描述了功率半导体与冷却元件基板之间的金属散热器(例如，铜、铝或两相器件)。汇流条和散热器可以组合成同一元件，使得附加部件数量、成本和复杂性最小化，同时通过降低热阻来增强冷却系统的性能。

附图说明

通过结合附图阅读以下描述，可以更全面地理解本发明，在附图中：

图1是示出MOV在重复操作期间的主动冷却和自然对流的图表；

图2是用于固态断路器的电涌放电器的双侧冷却配置的前视图；

图3是MOV的单侧冷却配置的前视图；

图4是固态断路器的示意图；

图5是示出散热器相对于没有散热器的PHP的性能的图表；

图6A-6B是固态断路器的一种配置的视图；

图6C-6D是固态断路器的另一配置的视图；

图7A-7B是具有散热器和没有散热器的温度模拟；

图8是主动冷却系统的一侧的透视图；以及

图9是主动冷却系统的另一侧的透视图，其示出了抵靠主动冷却系统的汇流条。

具体实施方式

本文中描述的布置的益处包括：

1.用于固态断路器中的电涌放电器的重复操作的双面冷却配置。

2.启用了用于固态断路器的重复操作和重合闸功能。

3.最小化了电涌放电器的要求和体积。

4.增加了功率密度。