[發明專利]大功率半導體器件相變冷卻性能測試系統

有效

• 申請號: 202110329689.2
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN112710943B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 渠學景;陳偉;李建;丁小剛
• 申請（專利權）人: 普世通（北京）電氣有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G01K7/02;F28D20/02
• 代理公司: 北京華創智道知識產權代理事務所(普通合伙) 11888
• 代理人: 周倩

本發明涉及一種大功率半導體器件相變冷卻性能測試系統，包括：相變冷卻回路、外冷卻回路和半導體發熱測溫模塊，所述半導體發熱測溫模塊包括發熱半導體器件（1）和與其連接的溫度測試塊（2），所述相變冷卻回路包括散熱器（3）、與所述散熱器（3）管路連接的冷凝器（9）以及與所述冷凝器（9）和所述散熱器（3）管路連接的穩壓裝置（16），所述外冷卻回路包括與所述冷凝器（9）管路連接用于向所述冷凝器（9）中輸送冷卻水的冷水機組（23），所述溫度測試塊（2）與所述散熱器（3）連接用于測量所述散熱器（3）表面臺面溫度分布；還包括臨近所述散熱器（3）設置，用于拍攝所述散熱器（3）內部貼壁處氣泡生成規律的高速攝像機（19）。

技術領域

本發明涉及半導體元器件熱控技術領域，尤其涉及一種大功率半導體器件相變冷卻性能測試系統。

背景技術

隨著風電等新能源的大規模并網，對電網輸送及調節設備提出了更高的要求，例如動態無功補償裝置及柔性直流輸電換流閥等工作電壓、工作電流越來越大。大功率半導體器件IGBT作為大容量動態無功補償裝置及柔性直流輸電換流閥的核心器件，電壓等級越高、調節無功能力越強對IGBT的可靠運行也提出了更高的要求。

大功率半導體器件IGBT運行時產生大量的熱量，目前動態無功補償裝置及柔性直流輸電換流閥通常采用水冷卻方式將IGBT器件發生的熱量帶走，以保證IGBT器件的正常運行。但是隨著IGBT器件產生的熱量越來越大，水冷卻方式存在冷卻效率低下、運行維護成本高以及泄露導致的絕緣失效等一系列問題，已不能滿足動態無功補償裝置及柔性直流輸電換流閥的可靠性運行。相變冷卻傳熱量是水冷卻的25倍，具有換熱效率更高、體積更小，換熱滿足大功率半導體器件IGBT發展的需求，但是大功率半導體器件IGBT是否能在相變冷卻方式下長期可靠運行需要進一步驗證。

發明內容

本發明的目的在于解決上述背景技術中的至少一個技術問題，提供一種大功率半導體器件相變冷卻性能測試系統。

為實現上述目的，本發明提供一種大功率半導體器件相變冷卻性能測試系統，其特征在于，包括：相變冷卻回路、外冷卻回路和半導體發熱測溫模塊，所述半導體發熱測溫模塊包括發熱半導體器件和與其連接的溫度測試塊，所述相變冷卻回路包括散熱器、與所述散熱器管路連接的冷凝器以及與所述冷凝器和所述散熱器管路連接的穩壓裝置，所述外冷卻回路包括與所述冷凝器管路連接用于向所述冷凝器中輸送冷卻水的冷水機組，所述溫度測試塊與所述散熱器連接用于測量所述散熱器表面臺面溫度分布；

還包括臨近所述散熱器設置，用于拍攝所述散熱器內部貼壁處氣泡生成規律的高速攝像機。

根據本發明的一個方面，所述相變冷卻回路還包括與所述散熱器連接的第一上升管、與所述第一上升管連接的第二上升管以及與所述第二上升管和所述冷凝器連接的第三上升管；

所述第一上升管和所述第二上升管之間設有第一調節閥，所述第二上升管和所述第三上升管之間設有第二調節閥；

所述第二上升管為透明石英管，并且其長度可調節。

根據本發明的一個方面，所述相變冷卻回路還包括第一下降管、與所述第一下降管連接的第二下降管、與所述第二下降管、所述穩壓裝置以及所述散熱器連接的第三下降管；

所述第一下降管與所述第二下降管之間設有第三調節閥，所述第二下降管和所述第三下降管之間設有第四調節閥，所述第三下降管上臨近所述第四調節閥的位置設有氣液兩相流量計；

所述第二下降管為透明石英管。

根據本發明的一個方面，所述第三下降管包括與所述第二下降管和所述散熱器連接的第一支管以及與所述第一支管連接并且連接所述穩壓裝置的第二支管；

所述第二支管上設有第五調節閥；

所述第一支管上臨近所述散熱器的位置上設有第六調節閥。