[發明專利]用于冷卻電子構件的冷卻模塊

有效

• 申請號: 201080053606.1
• 申請日: 2010-05-21
• 公開（公告）號: CN102696103A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: T.格拉丁格;B.耶辛;F.阿戈斯蒂尼
• 申請（專利權）人: ABB研究有限公司
• 主分類號: H01L23/427
• 分類號: H01L23/427;F28D15/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;傅永霄

技術領域

本發明涉及電子構件和電氣構件的冷卻。具體而言，本發明涉及一種包括冷凝器的冷卻模塊、包括冷卻模塊的電力模塊以及冷卻電氣構件和/或電子構件的方法。

發明背景

在電氣、電子、低壓、中壓和高壓應用的領域中，冷卻系統被廣泛使用。

電力電子裝置在運行中必須冷卻，以避免過高的溫度和由此導致的裝置失效。典型應用的特征不僅在于裝置的高發熱率，而且在于高功率密度，即熱通量。

水冷系統典型地可很好地應對高功率密度。然而，系統可能成本高昂，并且可能需要呈泵形式的有源運動部件，該部件具有有限的壽命，并且必須進行維護。而且，水冷系統通常十分昂貴。

由從基板延伸的翅片陣列組成的常規的空冷系統可能不需要泵，但可能需要強制對流的風機。然而，由于在翅片表面和空氣之間的熱傳遞系數較低，充足的冷卻性能需要較大的翅片面積。此外，如果要避免過大的空氣速度、壓降和噪音水平，則必須提供足夠橫截面的空氣流。這樣的設計可能導致有龐大的散熱器，其具有既長又厚、而且因此重的翅片，以實現可接受的翅片效率。如在大多數應用中可能存在的那樣，如果為了避免翅片間通道在臟的空氣環境中堵塞而對相鄰翅片之間的最小間距有要求，這個問題可能變得甚至更嚴重。兩相冷卻器在EP2031332?A1中有所描述，該專利顯示了一種基于環熱虹吸原理的無源系統。

發明概述

本發明的目的可看作是提供一種用于電子和電氣構件的改進的高效而靈活的冷卻。

該目的通過根據獨立權利要求的冷卻模塊、包括該冷卻模塊的電力模塊、以及冷卻電氣和/或電子構件的方法來實現。另外的實施例根據從屬權利要求是顯而易見的。

根據本發明的一個實施例，提供了一種包括冷凝器的冷卻模塊，其中冷凝器具有至少一個面板，該至少一個面板帶有通過包含輥壓結合的工藝附連到彼此的兩個片材，使得在兩個片材之間形成在由片材形成的平面的方向上延伸的管道。

這樣的冷卻模塊可具有比常規空冷或水冷系統更優良的性能，并且可避免在臟的空氣環境中的堵塞。

冷卻模塊的另一個可能的優點是它可提供高的冷卻性能，并且可能夠應對高功率密度，即高熱通量。

如上所述，冷卻模塊可不需要有源泵，并且可提供寬的冷卻空氣通路以降低在臟的空氣環境中堵塞的風險。冷卻模塊可提供足夠的流動橫截面積和翅片表面積，以允許有適度的空氣速度、壓降和噪音，冷卻模塊可能通過重量輕而仍然非常高效率的翅片實現。

對于這樣的冷卻模塊，可高效地冷卻電力電子構件，例如，在馬達變流器和地鐵的輔助變流器中使用的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊。冷卻的IGBT模塊可為1500A/3300V?ABB?HiPak模塊。

以上所述冷卻模塊可為諸如地鐵變流器的電子構件提供足夠的冷卻性能，以便在地鐵運行的瞬態負荷下使電子裝置的溫度和溫度波動(特別是IGBT和二極管結溫度)保持足夠低，從而保證電子構件的足夠壽命。由以上提及的冷卻模塊冷卻的地鐵變流器可安裝在地鐵車體下面，其中高度可限定至約560-600mm。冷卻模塊可以最佳方式利用該高度，以使得冷卻模塊所用空間最小。

如上所述，用于例如冷卻地鐵變流器的冷卻模塊可使得能夠將地鐵變流器的模塊緊密布置在一起，例如，將6-12個IGBT模塊以2×3、2×4、2×5或2×6矩陣布置在平面中，使得可避免相鄰模塊之間的較大間隙。因此，可避免過長的電子連接(母線排)。因此，除了應對高功率(高損耗)之外，冷卻模塊也可應對高功率密度。

冷卻模塊的另一個優點可為其聲學噪音水平較低，適用于地鐵變流器，例如在地鐵正在車站中等待時，而車站對冷卻空氣速度以及大功率冷卻風機的使用施加限制，以保持較低噪音水平。

如上所述，冷卻模塊可以能夠從外部例如用水軟管清洗，并且可以在如在地鐵應用中典型的臟的空氣狀況下不堵塞或喪失其性能。

此外，冷卻模塊可為重量和空間優化的且有成本優勢的，并且可為模塊化的，例如，冷卻模塊可被拼裝以用于2×1的IGBT模塊。通過彼此緊鄰地布置n個相同的冷卻模塊，可以例如獲得用于2×n的IGBT模塊的冷卻器。以上提及的冷卻模塊可具有不超出25kg的重量，從而提供在制造期間的易于操縱性。

根據本發明的另一個實施例，冷凝器可包括不止一個面板，例如，至少兩個面板。

輥壓結合式片材可附連到彼此，使得在兩個片材之間設置至少一個管道。

根據本發明的另一個實施例，對各個面板可設置一個或不止一個的管道。