[发明专利]一种热管散热系统

说明书

技术领域

电力电子器件的散热领域，特别涉及采用热管散热方式下的散热问题。

背景技术

电力电子领域功率器件被广泛应用。功率器件在工作过程中产生的热量主要由其损耗引起，同时功率器件本身又对温度非常敏感，温度的变化会影响功率器件的导通和关断特性，进而影响到其可靠性。功率器件及一些功率模块一般采用穿孔式封装，目的是可以方便地安装在散热器上，便于散热。目前散热方式主要有风冷、水冷和热管三种。热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的汽、液相变来传递热量，高达纯铜导热能力的上百倍，因此被广泛采用。

如图1所示，传统热管散热器由散热片1、热管2和支撑热管的基座3(简称基座)三部分组成。其中散热片1可扩大散热面积，热管2完成热量交换，基座3支撑热管和进行导热。基座3的内表面固定功率器件4，基座3的外表面焊接热管2。功率器件4本身具有导热块，导热块固定于基座内表面上。导热块和基座之间涂导热硅脂(俗称散热膏)以加强导热效果。

功率器件的热量发散途径为：功率器件的导热块→导热硅脂→基座的内表面→基座的外表面→热管的吸热部分→热管的其余部分→通过散热片散到周围空气中。

很明显，完成热量交换的关键区域有两处，一是功率器件的导热块与基座内表面的接触部位；二是基座外表面与热管吸热部分的接触部位。依据热力学知识，当功率器件的导热块与热管的吸热部分完全背靠背时，热路最短，热阻最小，热量交换效果最佳。

但是实践中，假设基座散热均匀，基座的内表面固定功率器件，外表面焊接热管，两者之间是分开布置毫无关联的。基座内表面固定功率器件时，主要考虑安装工艺、运行性能和电磁兼容可靠性；基座的外表面焊接热管时，主要按照工艺要求而是均匀分布的。如图1中的虚线所示，如果将功率器件的中心线从基座的内表面镜像到外表面，则可以明显看出，热管的导热部分与功率器件这两个热量交换体之间没有实现背靠背布置，影响到了散热效果，没有实现布置的优化。

为监测功率器件的发热，防止过热造成的各种损害，基座的内表面布置温度传感器，温度传感器再接入相应的控制单元，当发生过热时由控制单元停机并报警。因为假定基座的温度分布均匀，所以一般只安装一个温度传感器，其位置以安装方便为宜或者布置于功率器件比较集中的区域。当功率器件超过一个时，由于功率器件的布置位置不同、工作方式不同，功率器件的各处温度实际并不相同。一旦过热停机，无法区分是哪个功率器件过热(例如变频器，可能包括整流器件、逆变器件以及制动器件等)。也就是传统的温度传感器布置方法没有区分功率器件的类型，无法实现温度的分区监测。

当功率器件所对应的设备或者装置停机超过一定时间后在潮湿环境下(比如煤矿井下)会在基座上产生凝露，进而对电气绝缘造成隐患。目前可通过风干、人工擦除和内部风机预热的方式将凝露取消。但因环境湿度不一，效果不明显，操作繁琐。

由于基座是矩形板，基座安装后是与地面垂直的，如果产生凝露，凝露靠自重下落。如果能在基座的内表面上通过结构设计使凝露减少聚集或者便于凝露下滴，对设备维护是有益的。目前基座是平面结构，如果采用某种结构，形成导流槽将凝露尽可能收集并形成下滴，并通过湿度传感器进行监测，则有效减少电气绝缘隐患。凝露的最大危害是造成电气间隙和爬电距离的减少，造成绝缘隐患。

发明内容

为提高散热效果，本发明提供一种热管散热系统，包括热管散热器和监控模块，所述热管散热器包括基座和热管，热管散热器的基座具有内外两个表面，其内表面为上厚下薄的楔形结构，热管的导热部分与功率器件的导热块一一对应，背靠背布置。

可有效加速凝露下滴并对湿度进行监控，其进一步的特征为，基座的内表面上设置有导流槽，流槽可以为3个，设置在内表面的两侧边缘和中间，每个导流槽的下面设有湿度传感器；热管散热器基座内表面的楔形结构，其角度在3°以内，内表面上下边沿的厚度差不超过3mm。

热管散热器的内表面紧邻每个功率器件的位置，还设有温度传感器，构成分区式温度监测方式，温度传感器和湿度传感器进入监控模块，该监控模块具有RS485通信功能。

针对热管散热器存在的上述问题，进行如下处理后，热管散热器的散热性能、防凝露能力以及温度、湿度监控将有效提高，进而提高热管散热器的散热效果。

如果在热管散热器基座的内外表面，使热管的导热部分与功率器件的导热块一对一、背靠背布置。这种布置方法，对热管而言，虽然比均匀布置的工艺复杂些，但却可以有效提高散热效果，是散热的一种优化布置。