Сборка для охлаждения силовых электронных компонентов
Владельцы патента RU 2367127:
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Эметрон" (RU)
Изобретение относится к области силовой полупроводниковой техники, в частности к силовым преобразователям, и может быть использовано в электрических приводах различного назначения. Технический результат - создание сборки для охлаждения силовых электронных компонентов, обеспечивающей уменьшение габаритов устройства охлаждения и снижение стоимости сборки. Достигается тем, что в сборке для охлаждения силовых электронных компонентов, содержащей полупроводниковые модули, устройство охлаждения, омываемое потоком охлаждающего вещества, в полупроводниковых модулях может выделяться количество тепла Р и Р1, где 1/1,05·Р≥Р1≥1,05·Р, причем полупроводниковые модули расположены на поверхности устройства охлаждения как минимум в один ряд, который расположен поперек направления потока движения охлаждающего вещества, модули чередуются между собой таким образом, что каждый из как минимум двух модулей, в которых выделяется количество тепла Р, соседствует как минимум с одним модулем, в котором выделяется количество тепла Р1. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к области силовой полупроводниковой техники, в частности к силовым преобразователям, и может быть использовано в электрических приводах различного назначения.
Известен преобразователь тока (DE 10341512 A1, 2005.01.14), содержащий множество включаемых и отключаемых электронных вентилей, устройство охлаждение для охлаждения вентилей, устройство накопления электрической энергии, причем устройство охлаждения вентилей является общим устройством охлаждения для первой и второй частей вентиля. Устройство охлаждения представляет собой радиатор и вентили расположены на поверхности радиатора.
Недостатками данного преобразователя тока является сосредоточение полупроводниковых элементов с большим тепловыделением в одной области на поверхности устройства охлаждения и сосредоточение полупроводниковых элементов с меньшим тепловыделением в другой области на поверхности устройства охлаждения. В этом случае, возможности области устройства охлаждения, на которой сосредоточены полупроводниковые элементы с меньшим тепловыделением, будут недоиспользованы. В тоже время возможности области устройства охлаждения, на которой сосредоточены полупроводниковые элементы с большим тепловыделением, при прочих равных условиях, будут использоваться максимально и, следовательно, температура полупроводниковых элементов будет высокой.
Из вышеизложенного следует, что недоиспользование функциональных возможностей устройства охлаждения приведет к увеличению габаритов устройства охлаждения или к применению более мощных и дорогих электронных компонентов. Это вызовет увеличение габаритов и стоимости преобразователя.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению, принятая за прототип, является радиаторная сборка для охлаждения силового инвертора (JP 10023768, 1998.01.23), содержащая радиатор, на котором установлены IGВТ-модули и диодный модуль. IGВТ-модули имеют высокую температуру поверхности перехода и расположены на поверхности радиатора охлаждения на входе потока воздуха, охлаждающего радиатор. Диодный модуль расположен на поверхности радиатора на выходе потока воздуха, охлаждающего радиатор. В частных случаях исполнения, на поверхности радиатора располагаются IGBT модули двух инверторов, причем модули инверторов расположены в два ряда поперек направления движения потока воздуха, охлаждающего радиатор.
Недостатками данной радиаторной сборки является сосредоточение IGBT модулей с большим тепловыделением в одной области на поверхности радиатора и расположение диодного модуля с меньшим тепловыделением в другой области на поверхности радиатора, а также, в частном случае исполнения, порядное расположение IGBT модулей двух разных инверторов в разных областях на поверхности радиатора. Этот недостаток приводит к ранее описанной ситуации, при которой недоиспользование функциональных возможностей устройства охлаждения влечет увеличение его габаритов и стоимости сборки.
Задачей, решаемой изобретением, является создание сборки для охлаждения силовых электронных компонентов, обеспечивающей уменьшение габаритов устройства охлаждения и снижение стоимости сборки.
Для решения поставленной задачи, в сборке для охлаждения силовых электронных компонентов, содержащей полупроводниковые модули, устройство охлаждения, омываемое потоком охлаждающего вещества, причем в полупроводниковых модулях может выделяться количество тепла Р и Р1, где 0,95·Р≥Р1≥1,05·Р, причем полупроводниковые модули расположены на поверхности устройства охлаждения как минимум в один ряд, который расположен поперек направления потока движения охлаждающего вещества, согласно данному заявлению модули чередуются между собой таким образом, что каждый из как минимум двух модулей, в которых выделяется количество тепла Р, соседствует как минимум с одним модулем, в котором выделяется количество тепла Р1.
В частных случаях предлагаемая сборка для охлаждения силовых электронных элементов может характеризоваться следующим признаком:
- полупроводниковые модули расположены как минимум в два ряда, причем модули, в которых выделяется количество тепла Р и Р1, расположены в рядах в шахматном порядке.
На фигуре 1 схематично изображена одна из многих возможных конфигураций предлагаемой сборки для охлаждения силовых электронных элементов, которая содержит полупроводниковые модули 1 и 2, в которых выделяется количество тепла Р1 и Р соответственно, и устройство охлаждения 3 полупроводниковых модулей 1 и 2. Стрелками схематично показано направление движения потока охлаждающего вещества.
На фигурах 2, 3, 4, 5 и 6 схематично изображены некоторые из многих возможных конфигураций предлагаемой сборки для охлаждения силовых электронных элементов, которые содержат полупроводниковые модули 1 и 2, в которых выделяется количество тепла Р1 и Р соответственно, и устройство охлаждения 3 полупроводниковых модулей 1 и 2. Стрелками схематично показано направление движения потока охлаждающего вещества
При работе сборки для охлаждения силовых электронных компонентов полупроводниковые модули 1 и 2, в которых выделяется количество тепла Р1 и Р соответственно, отдают тепло устройству охлаждения. На устройстве охлаждения возникают области с разной температурой нагрева, пропорциональной выделяемому количеству тепла Р1 и Р в полупроводниковых модулях 1 и 2 соответственно. Поочередное расположение полупроводниковых модулей 1 и 2 обеспечивает сокращение длины пути, по которому будет переходить тепло между областями устройства с разной температурой нагрева, пропорциональной выделяемому количеству тепла Р1 и Р в полупроводниковых модулях 1 и 2 соответственно. При таком расположение полупроводниковых модулей 1 и 2 также уменьшится температурное сопротивление пути и, значит, уменьшится перегрев устройства охлаждения и полупроводниковых модулей. Тем самым станет возможным уменьшить габариты устройства охлаждения и, следовательно, стоимость сборки, при сохранении значения температуры полупроводниковых модулей в безопасных рабочих пределах. Аналогичные преимущества, в частных случаях исполнения, обеспечивают расположение полупроводниковых модулей 1 и 2, в которых выделяется количество тепла Р1 и Р соответственно, в нескольких рядах в шахматном порядке.
1. Сборка для охлаждения силовых электронных компонентов, содержащая полупроводниковые модули, устройство охлаждения, омываемое потоком охлаждающего вещества, причем в полупроводниковых модулях может выделяться количество тепла Р и Р1, где 1/1,05·Р≥Р1≥1,05·Р, причем полупроводниковые модули расположены на поверхности устройства охлаждения как минимум в один ряд, который расположен поперек направления потока движения охлаждающего вещества, отличающаяся тем, что модули чередуются между собой таким образом, что каждый из как минимум двух модулей, в которых выделяется количество тепла Р, соседствует как минимум с одним модулем, в котором выделяется количество тепла Р1.
2. Сборка для охлаждения силовых электронных элементов согласно п.1, отличающаяся тем, что полупроводниковые модули расположены как минимум в два ряда, причем модули, в которых выделяется количество тепла Р и Р1, расположены в рядах в шахматном порядке.
