[发明专利]大功率半导体器件相变冷却性能测试系统

说明书

本发明涉及一种大功率半导体器件相变冷却性能测试系统，包括：相变冷却回路、外冷却回路和半导体发热测温模块，所述半导体发热测温模块包括发热半导体器件（1）和与其连接的温度测试块（2），所述相变冷却回路包括散热器（3）、与所述散热器（3）管路连接的冷凝器（9）以及与所述冷凝器（9）和所述散热器（3）管路连接的稳压装置（16），所述外冷却回路包括与所述冷凝器（9）管路连接用于向所述冷凝器（9）中输送冷却水的冷水机组（23），所述温度测试块（2）与所述散热器（3）连接用于测量所述散热器（3）表面台面温度分布；还包括临近所述散热器（3）设置，用于拍摄所述散热器（3）内部贴壁处气泡生成规律的高速摄像机（19）。

技术领域

本发明涉及半导体元器件热控技术领域，尤其涉及一种大功率半导体器件相变冷却性能测试系统。

背景技术

随着风电等新能源的大规模并网，对电网输送及调节设备提出了更高的要求，例如动态无功补偿装置及柔性直流输电换流阀等工作电压、工作电流越来越大。大功率半导体器件IGBT作为大容量动态无功补偿装置及柔性直流输电换流阀的核心器件，电压等级越高、调节无功能力越强对IGBT的可靠运行也提出了更高的要求。

大功率半导体器件IGBT运行时产生大量的热量，目前动态无功补偿装置及柔性直流输电换流阀通常采用水冷却方式将IGBT器件发生的热量带走，以保证IGBT器件的正常运行。但是随着IGBT器件产生的热量越来越大，水冷却方式存在冷却效率低下、运行维护成本高以及泄露导致的绝缘失效等一系列问题，已不能满足动态无功补偿装置及柔性直流输电换流阀的可靠性运行。相变冷却传热量是水冷却的25倍，具有换热效率更高、体积更小，换热满足大功率半导体器件IGBT发展的需求，但是大功率半导体器件IGBT是否能在相变冷却方式下长期可靠运行需要进一步验证。

发明内容

本发明的目的在于解决上述背景技术中的至少一个技术问题，提供一种大功率半导体器件相变冷却性能测试系统。

为实现上述目的，本发明提供一种大功率半导体器件相变冷却性能测试系统，其特征在于，包括：相变冷却回路、外冷却回路和半导体发热测温模块，所述半导体发热测温模块包括发热半导体器件和与其连接的温度测试块，所述相变冷却回路包括散热器、与所述散热器管路连接的冷凝器以及与所述冷凝器和所述散热器管路连接的稳压装置，所述外冷却回路包括与所述冷凝器管路连接用于向所述冷凝器中输送冷却水的冷水机组，所述温度测试块与所述散热器连接用于测量所述散热器表面台面温度分布；

还包括临近所述散热器设置，用于拍摄所述散热器内部贴壁处气泡生成规律的高速摄像机。

根据本发明的一个方面，所述相变冷却回路还包括与所述散热器连接的第一上升管、与所述第一上升管连接的第二上升管以及与所述第二上升管和所述冷凝器连接的第三上升管；

所述第一上升管和所述第二上升管之间设有第一调节阀，所述第二上升管和所述第三上升管之间设有第二调节阀；

所述第二上升管为透明石英管，并且其长度可调节。

根据本发明的一个方面，所述相变冷却回路还包括第一下降管、与所述第一下降管连接的第二下降管、与所述第二下降管、所述稳压装置以及所述散热器连接的第三下降管；

所述第一下降管与所述第二下降管之间设有第三调节阀，所述第二下降管和所述第三下降管之间设有第四调节阀，所述第三下降管上临近所述第四调节阀的位置设有气液两相流量计；

所述第二下降管为透明石英管。

根据本发明的一个方面，所述第三下降管包括与所述第二下降管和所述散热器连接的第一支管以及与所述第一支管连接并且连接所述稳压装置的第二支管；

所述第二支管上设有第五调节阀；

所述第一支管上临近所述散热器的位置上设有第六调节阀。