CN202405250U - 散热器的散热结构及使用该散热结构的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及应用于电力电子或开关电源领域的散热器的散热结构及使用该散热结构的装置。所述散热器的散热结构包括散热器本体、功率半导体器件和陶瓷热传导构件；其中，所述陶瓷热传导构件设置在所述散热器本体上，所述功率半导体器件设置在所述陶瓷热传导构件上。本实用新型散热器的散热结构简单，采用本实用新型技术方案后可使单管IGBT（或MOS管）的使用寿命大大提高，在降低单管IGBT（或MOS管）温升速度和温度的同时，提高了电源工作的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种散热结构，具体涉及一种应用于电力电子或开关电源领域的散热器的散热结构及使用该散热结构的装置。
背景技术
目前，大功率开关电源（如逆变焊机、UPS电源、EPS电源、变频器）为降低成本，在半导体功率器件的选用上由模块封装IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor绝缘栅双极型晶体管）转向单管IGBT或MOS管（Metal oxid semiconductor金属氧化物半导体场效应晶体管），使用单只或多只单管IGBT（或MOS管）并联来达到模块IGBT相同的输出功率。
在采用单管IGBT（或MOS管），遇到两个问题：一、半导体功率器件单管IGBT（或MOS管）不能直接安装在一块散热器上，如设计为多块散热器且带电，对机器的漏电埋下隐患，如逆变焊机；二、为了解决上述问题一，一些厂家在使用时，通过导热绝缘膜来隔离单管IGBT（或MOS管）和散热器，以此达到散热的目的。
但是，现有技术存在以下缺陷：在工作中，特别是可变负载和要求尽可能达到单管IGBT（或MOS管）的最大输出功率时，单管IGBT（或MOS管）上的温度上升很快，且温度很高，温度高使单管IGBT（或MOS管）的寿命变短，且电源的可靠性降低。其根本原因在于:一、单管IGBT（或MOS管）本体向外传热的面积小；二、单管IGBT（或MOS管）本体与散热器之间有高热阻导热绝缘材料，使得单管IGBT（或MOS管）本体向散热器的传热变慢，单管IGBT（或MOS管）本体温度迅速增高，在一个较高的温度才能热平衡，在一些负载变化范围比较大的设备（逆变焊机），工作中随时产生热浪涌，可能达不到热平衡，单管IGBT（或MOS管）就会损坏。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供了一种散热器的散热结构。
本实用新型还提供了一种使用该散热器散热结构的装置。
本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案为：提供了一种散热器的散热结构，所述散热器的散热结构包括散热器本体、功率半导体器件和陶瓷热传导构件；其中，所述陶瓷热传导构件设置在所述散热器本体上，所述功率半导体器件设置在所述陶瓷热传导构件上。
根据本实用新型的一优选技术方案：所述陶瓷热传导构件呈片状，且越薄热传递效果越好。
根据本实用新型的一优选技术方案：所述陶瓷热传导构件为氧化铝陶瓷材料和氮化铝陶瓷材料。
根据本实用新型的一优选技术方案：所述陶瓷热传导构件的表面积大于所述功率半导体器件表面积。
根据本实用新型的一优选技术方案：所述陶瓷热传导构件上安装有至少一个所述功率半导体器件。
根据本实用新型的一优选技术方案：所述功率半导体器件为单管IGBT或MOS管。
根据本实用新型的一优选技术方案：所述散热器本体与所述陶瓷热传导构件之间涂有硅脂层；所述陶瓷热传导构件与所述功率半导体器件之间涂有硅脂层。
本实用新型还提供了一种装置，所述装置上安装有散热器本体，在所述散热器本体上设置有陶瓷热传导构件和功率半导体器件，其中，所述陶瓷热传导构件与所述散热器本体连接，所述功率半导体器件设置在所述陶瓷热传导构件上。
根据本实用新型的一优选技术方案：所述装置为逆变焊机、UPS电源（uninterruptible power system 不间断电源）、EPS电源（Emergency Power Supply 紧急电力供给电源）或变频器。
本实用新型散热器的散热结构简单，采用本实用新型技术方案后可使单管IGBT（或MOS管）的使用寿命大大提高，在降低单管IGBT（或MOS管）温升速度和温度的同时，提高了电源工作的可靠性。
附图说明
图1.本实用新型散热器的散热结构示意图一；
图2.本实用新型散热器的散热结构示意图二；
图3.本实用新型散热器的散热结构传热示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型技术方案进行详细说明。
为了解决现有技术中存在的单管IGBT（或MOS管）在工作中，特别是可变负载和要求尽可能达到单管IGBT（或MOS管）的最大输出功率时，单管IGBT（或MOS管）上的温度上升很快，且温度很高，温度高使单管IGBT（或MOS管）的寿命变短，且电源的可靠性降低这一技术问题，本实用新型提供了一种新型结构的散热结构。
在本实用新型的技术方案中功率单管IGBT（或MOS管）替代了模块IGBT，以降低成本，仍然共用散热器，且散热器不带电；通过所述陶瓷热传导构件103，可以缓冲单管IGBT（或MOS管）的热浪涌，降低单管IGBT（或MOS管）本体上的温升速度（如逆变电焊机），降低单管IGBT（或MOS管）本体上的温度；开关电源在使用单管IGBT（或MOS管）在替代模块IGBT后，延长了单管IGBT（或MOS管）寿命，提高了开关电源工作的可靠性。
本实用新型的技术方案可以参阅说明书附图图1和图2。如图中所示，本实用新型提供了一种散热器的散热结构， 所述散热器的散热结构包括散热器本体101、功率半导体器件102和陶瓷热传导构件103；其中，所述陶瓷热传导构件103设置在所述散热器本体101上，所述功率半导体器件102设置在所述陶瓷热传导构件103上。
在本实用新型的优选技术方案中，所述陶瓷热传导构件103呈片状，表面积大于所述功率半导体器件102的表面积。
在所述陶瓷热传导构件103上安装有至少一个所述功率半导体器件102，实际工作中一般在所述陶瓷热传导构件103上安装两个或四个所述功率半导体器件102。
在本实用新型技术方案中所述的功率半导体器件102为单管IGBT或MOS管。
在本实用新型的优选技术方案中，为了使散热效果更好，在所述散热器本体101与所述陶瓷热传导构件103之间涂有硅脂层；所述陶瓷热传导构件103与所述功率半导体器件102之间涂有硅脂层。
本实用新型还提供了一种装置，所述装置上安装有散热器本体101，在所述散热器本体101上设置有陶瓷热传导构件103和功率半导体器件102，其中，所述陶瓷热传导构件103与所述散热器本体101连接，所述功率半导体器件102设置在所述陶瓷热传导构件103上。
在本实用新型的优选技术方案中，所述装置为逆变焊机、UPS电源（uninterruptible power system 不间断电源）、EPS电源（Emergency Power Supply 紧急电力供给电源）或变频器。
请参阅图3，本实用新型散热器的散热结构传热示意图。从图3中可见，所述单管IGBT（或MOS管）与所述陶瓷热传导构件103之间为高密度传热，通过所述陶瓷热传导构件103缓冲后，使得所述陶瓷热传导构件103与所述散热器本体101之间变为低密度传热。
在本实用新型的技术方案中，单管IGBT（或MOS管）在大功率输出时，有开关损耗和导通损耗而产生温升，为保证散热器不带电，将单管IGBT（或MOS管）通过陶瓷热传导构件103与散热器相接触，由于高热阻导热绝缘材料传热相比陶瓷慢得多，再加上单管IGBT（或MOS管）本体散热面积小，造成在功率输出时单管IGBT（或MOS管）上的热不能快速散开，而造成单管IGBT（或MOS管）上的温升过快，本体热平衡温度高，使其寿命变短，增加了开关电源的故障率。
在单管IGBT（或MOS管）与散热器本体101之间添加一块陶瓷热传导构件103，所述陶瓷热传导构件103的面积大于单管IGBT（或MOS管）本体上的面积，由于陶瓷热传导构件103的传热速度非常快，在功率输出时单管IGBT（或MOS管）上的热快速的传到陶瓷热传导构件103上，在陶瓷热传导构件103的局部快速传导到整个陶瓷热传导构件103上，单管IGBT（或MOS管）的温升得到有效的缓冲，抑制其快速温升。因为陶瓷热传导构件103的传热面积大，通过所述陶瓷热传导构件103可把热均匀的传给散热器。
用IGBT单管（美国仙童60N100）8只组成半桥拓扑在逆变手工焊ZX7-400上进行实验，环境温度32℃，输出400A/36V，实验数据见下表：
陶瓷片为0.65毫米厚的氮化铝陶瓷材料测得的数据。
| 项目 | 保护温度 | 考机时间 | 散热器温度 | IGBT单管本体温度 | 结论 |
| 无热传导构件 | 75℃ | 3分钟 | 67℃ | 115℃ | 因IGBT单管本体温度超过115℃而停止实验，焊机负载持续率低 |
| 陶瓷热传导构件 | 75℃ | 15分钟 | 74℃ | 89℃ | 在10分钟后IGBT单管本体温度热平衡，焊机负载持续率大大 |
本实用新型散热器的散热结构简单，采用本实用新型技术方案后可使单管IGBT（或MOS管）的使用寿命大大提高，在降低单管IGBT（或MOS管）温升速度和温度的同时，提高了电源工作的可靠性。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1.散热器的散热结构，其特征在于：
所述散热器的散热结构包括散热器本体（101）、功率半导体器件（102）和陶瓷热传导构件（103）；
其中，所述陶瓷热传导构件（103）设置在所述散热器本体（101）上，所述功率半导体器件（102）设置在所述陶瓷热传导构件（103）上。
2.根据权利要求1所述散热器的散热结构，其特征在于：
所述陶瓷热传导构件（103）呈片状。
3.根据权利要求2所述散热器的散热结构，其特征在于：
所述陶瓷热传导构件（103）的表面积大于所述功率半导体器件（102）表面积。
4.根据权利要求3所述散热器的散热结构，其特征在于：
所述陶瓷热传导构件（103）上安装有至少一个所述功率半导体器件（102）。
5.根据权利要求4所述散热器的散热结构，其特征在于：
所述功率半导体器件（102）为功率半导体分离器件。
6.根据权利要求5所述散热器的散热结构，其特征在于：
所述功率半导体器件（102）为单管绝缘栅双节型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。
7.根据权利要求6所述散热器的散热结构，其特征在于：
所述散热器本体（101）与所述陶瓷热传导构件（103）之间涂有硅脂层；
所述陶瓷热传导构件（103）与所述功率半导体器件（102）之间涂有硅脂层。
8.安装有如权利要求1所述散热器散热结构的装置，其特征在于：所述装置上安装有散热器本体（101），在所述散热器本体（101）上设置有陶瓷热传导构件（103）和功率半导体器件（102），其中，所述陶瓷热传导构件（103）与所述散热器本体（101）连接，所述功率半导体器件（102）设置在所述陶瓷热传导构件（103）上。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述装置为逆变焊机、UPS电源、EPS电源或变频器。
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| CN 201020510645 CN202405250U (zh) | 2010-08-31 | 2010-08-31 | 散热器的散热结构及使用该散热结构的装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110085561A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-08-02 | 上海金卫实业有限公司 | 一种新型mos管及其制备方法 |
| CN112284560A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-01-29 | 江苏吉泰科电气股份有限公司 | 一种快速检测功率器件温度的方法 |
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2010
- 2010-08-31 CN CN 201020510645 patent/CN202405250U/zh not_active Expired - Lifetime
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