IGBT大功率模块水冷散热系统的设计

　　热系统的热路等效热阻求解公式，以及一种水冷散热系统的一、二次冷却结构参数设计方法，解决了IGBT冷却系统参数难设计的问题。仿真和工程。IGBT（热源）安装在水冷板上。循环管路内的冷却介质（水）由循环泵提供动力，进入散热冷板，将安装在冷板上的IGBT热量带出（次换热过程），再流经换能器与外界环境进行热交换（二次换热过程），后回流储液箱，再到循环泵，如此往复循环，通过两次冷却给IGBT模块散热。

　　1.2等效热路分析热路中的热量传递遵循热欧姆定律：水冷散热系统拓扑统的总热阻，弋/VA.从IGBT开始工作到稳定运行，系统的温度会经历上升到稳定的过程。当系统达到稳态时，假设IGBT的损耗全部转换为热量释放，则散热系统的耗散功率相等。即：有散热系统（空散置于柜内）结构的稳态等效热路如所示。T为IGBT结温，弋；Tc为IGBT外壳温度；Ti为冷板表面温度；Ty为冷却介质一次换热后的温度；Tg为管路管壳温度；Ts为散热肋片的温度；Ta为柜内环境温度；Th为外部环境温度；Rc为IGBT内热阻，弋/VA；Rd为IGBT外壳到散热冷板的间隙热阻；Riy为冷板到冷却介质的热阻；Ryg为冷却介质到管路的热阻；Rys为冷却介质到换能器散热肋片的热阻；Rgs为管路到换能器散热肋片的热阻；Rsa为换能器肋片到外部环境的热阻；Rca为IGBT外壳到柜内环境的热阻；Rk为散热冷板到柜内环境的热阻；Rga为管路到柜内环境的热阻；Rah为柜内环境到外部环境的热阻。

　　管路特征长度，m；Uy为冷却介质的运动粘滞系数，m2/s.努谢尔特数：管内层流底层对管内流体热流方向的影响。

　　冷却水的换热系数为：公式为：3仿真与（IGBT 3.2.散热系统并联了两块水冷板，实际系统参数与设计参数略有误差，实测参数见表2.水冷板1水冷板2现场外部环境温度7h=18.8°C.冷板温升随IGBT电流的变化曲线如所示。

　　▲水冷板1温升水冷板2温升冷板温升随IGBT电流的变化曲线根据，水冷板的温度会随着IGBT损耗（电流）的增加而增加。系统在额定损耗时温升AT<12°C，完全满足系统散热要求。

　　两块冷板在实际系统运T中存在0.5~1.5°C的温差，主要原因是在实际工程中，并联的水冷板之间内部水路不可能做到完全相同，使得管内冷却水流速不同，从而导致两冷板的温升不一致。另外，不同IGBT之间的损耗也略有不同。故在现场装配时，要尽量保证热源在水冷板上分布均匀，同时并行管路设计也要尽量一致。

　　水冷散热性能稳定可靠，但是成本较高，同时在设计时还需要注意水路电路隔离、换水、管路防锈、防管体或接口处溅水滴水渗水等问题。在7；十分低的时候还要考虑管路和冷板冷凝的问题。

　　4结语仿真与工程实验证明，利用该方法设计水冷散热系统具有散热效率高、运行稳定、不需外置空散、体积小、噪声小等优点。现此水冷系统已配套一种大功率IGBT直流升压斩波器投入生产，运行情况良好。