本發(fā)明涉及冷卻基板，尤其是涉及一種平行微通道水冷基板。

背景技術(shù)：

隨著電力電子器件集成度、功率密度的不斷增加，其對散熱技術(shù)提出了更高的要求。以絕緣柵雙極晶體管（igbt）為例，高度集成的igbt封裝表面會(huì)產(chǎn)生極大的熱流密度，這些熱量如不能被及時(shí)帶走將會(huì)導(dǎo)致igbt表面溫度升高，當(dāng)其表面溫度超過允許溫度范圍時(shí)即會(huì)導(dǎo)致igbt器件失效或損壞。

針對大功率電力電子器件的散熱問題國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了廣泛的研究，其中使用微通道結(jié)構(gòu)的液冷（水冷）技術(shù)已被證明是電力電子元件散熱的高效方式，它是在高導(dǎo)熱率的材料上加工出極細(xì)的微通道、微槽等微小結(jié)構(gòu)，但對制作工藝要求較高。已有報(bào)道多集中在電力電子器件的穩(wěn)態(tài)散熱技術(shù)，針對瞬態(tài)變工況的研究并不多見。事實(shí)上變工況條件更值得關(guān)注，特別是非常工況將會(huì)影響被冷卻器件的冷卻效果甚至嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

本技術(shù)：
設(shè)計(jì)制作了一種平行微通道水冷基板，在瞬態(tài)啟停、流量波動(dòng)、流道堵塞等多種變工況條件下進(jìn)行了其傳熱性能的實(shí)驗(yàn)研究，提出表征工況變動(dòng)對系統(tǒng)安全影響程度的反應(yīng)時(shí)間（rt）概念，為安全保護(hù)裝置及其控制方案的設(shè)計(jì)提供參考。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的問題是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提出改進(jìn)方案或者替換方案，尤其是一種提高冷卻效率、避免在瞬態(tài)啟停、流量波動(dòng)時(shí)造成水冷基板流道堵塞等問題的改進(jìn)或者替換方案。

為解決上述問題，本發(fā)明采用的方案如下：一種平行微通道水冷基板，其特征在于，所述平行微通道水冷基板包括上鋁板、下鋁板、冷卻水進(jìn)口、冷卻水出口；所述下鋁板上設(shè)有水冷流道；所述上鋁板和下鋁板通過mig焊接在一起；所述冷卻水進(jìn)口設(shè)置在上鋁板和下鋁板的右側(cè)；所述冷卻水出口設(shè)置在上鋁板和下鋁板的左側(cè)；所述冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口通過水冷流道連通。

進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述平行微通道水冷基板，其特征在于，所述mig焊接采用雙面焊接。

進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述平行微通道水冷基板，其特征在于，所述水冷流道包括進(jìn)水流道、支流道、出水流道；所述支流道設(shè)有兩條，分別設(shè)置在進(jìn)水流道的上下兩側(cè)；所述進(jìn)水流道通過支流道與出水流道連通。

進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述平行微通道水冷基板，其特征在于，所述冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口上均設(shè)有密封環(huán)；所述冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口連接至冷卻水循環(huán)泵。

進(jìn)一步，根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案所述平行微通道水冷基板，其特征在于，所述上鋁板和下鋁板為純鋁1060。

本發(fā)明的技術(shù)效果如下：水冷基板的設(shè)計(jì)制作選材為進(jìn)口純鋁1060，選用符合設(shè)計(jì)尺寸的兩塊鋁板毛坯分別作為上下鋁板下料制作，先將下鋁板加工銑槽再將上鋁板采用mig焊接技術(shù)封合形成密閉水冷流道，焊接過程中采用雙面加熱焊接工藝用于應(yīng)力消除，減小鋁板形變，確保水冷流道不變形。mig焊（熔化極惰性氣體保護(hù)焊）英文：metalinert-gaswelding使用熔化電極，以外加氣體作為電弧介質(zhì)，并保護(hù)金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法，稱為熔化極氣體保護(hù)電弧焊。用實(shí)芯焊絲的惰性氣體（ar或he）保護(hù)電弧焊法稱為熔化極惰性氣體保護(hù)焊，簡稱mig焊。

現(xiàn)有技術(shù)的水冷基板在瞬態(tài)啟停變工況條件下，水冷基板表面溫度出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，且遠(yuǎn)離流道進(jìn)出口處往往出現(xiàn)高溫區(qū)，這是由于流道末端處殘留液相受熱后的流動(dòng)受阻，使得此區(qū)域得不到足夠冷卻所致。而本申請的平行微通道水冷基板將水冷流道改為一個(gè)進(jìn)水流道從中間進(jìn)入，然后分為上下兩條支流道，最后再匯聚到出水流道，該設(shè)計(jì)使得水冷從中部向兩側(cè)擴(kuò)散，保證了冷卻效率。

附圖說明

圖1為平行微通道水冷基板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為下鋁板結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1為上鋁板、2為下鋁板、3為冷卻水進(jìn)口、4為冷卻水出口、5為進(jìn)水流道、6為出水流道、7為支流道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1、圖2所示的水冷系統(tǒng)回路上進(jìn)行。主循環(huán)回路中冷卻介質(zhì)（水）流經(jīng)被冷卻器件對其進(jìn)行冷卻，同時(shí)介質(zhì)吸熱后流經(jīng)空氣冷卻器進(jìn)行二次散熱，散熱后的介質(zhì)在主循環(huán)泵的作用下進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，如此往復(fù)；其中穩(wěn)壓循環(huán)系統(tǒng)為水冷基板循環(huán)回路和二次散熱回路提供穩(wěn)壓作用；主測試平臺架用于配合igbt水冷基板性能測試及其附屬設(shè)備的裝配與支撐。系統(tǒng)各數(shù)據(jù)信號由agilent34980a數(shù)據(jù)采集儀采集并處理。

水冷基板測試實(shí)驗(yàn)段安裝在主測試平臺架上。該實(shí)驗(yàn)采用一尺寸為120*230mm的igbt模擬熱源作為被冷卻對象，功率300w-1500w連續(xù)可調(diào)。為準(zhǔn)確測量模擬熱源表面的溫度，避免由于熱電偶的布置導(dǎo)致散熱面和水冷基板表面產(chǎn)生間隙增加熱阻，以及保證測溫點(diǎn)位置固定不變，在熱源散熱表面和水冷基板冷卻表面間采用高導(dǎo)熱銅基片埋置熱電偶的方式測量溫度，銅基片厚度約為2.5mm，略大于熱電偶線徑。測溫點(diǎn)沿平行流道方向均勻布置，共布置24只t型熱電偶，編號分別為1-24號。冷卻工質(zhì)進(jìn)出口溫度采用高精度鎧裝pt100溫度傳感器測量。

為使模擬熱源真實(shí)模擬igbt封裝散熱面單面發(fā)熱的情況，使用60mm玻璃保溫棉對模擬熱源除散熱面外的其它表面進(jìn)行保溫。

實(shí)驗(yàn)前對組裝完成的實(shí)驗(yàn)段進(jìn)行了打壓保壓試驗(yàn)，打壓壓力1.6mpa，保壓36小時(shí)。實(shí)驗(yàn)用冷卻工質(zhì)選為軟化純水，工質(zhì)入口溫度25-35℃，流量測試范圍為50kg/h-380kg/h，加熱功率調(diào)節(jié)范圍300w-1500w，熱平衡測試結(jié)果顯示熱損失小于5%。

變工況條件的實(shí)驗(yàn)方法是：針對瞬態(tài)啟停工況，保持循環(huán)供水系統(tǒng)正常運(yùn)行，調(diào)節(jié)模擬熱源至某一恒定輸出功率，當(dāng)所有溫度測點(diǎn)溫度值穩(wěn)定后，即可切斷循環(huán)水泵電源使供水系統(tǒng)停止運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控各溫度測點(diǎn)的溫度上升情況，一旦有溫度測點(diǎn)的溫度值超過79℃，則立即投入循環(huán)水泵運(yùn)行，并保持流量恒定不變，同時(shí)監(jiān)控各溫度測點(diǎn)的溫度變化情況；針對流量波動(dòng)工況，保持循環(huán)供水系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，且溫度、功率、流量等參數(shù)保持穩(wěn)定，然后通過流量調(diào)節(jié)閥按照實(shí)驗(yàn)要求在不同時(shí)間間隔內(nèi)多次調(diào)節(jié)流量波動(dòng)至不同程度，同時(shí)監(jiān)控各溫度測點(diǎn)的溫度波動(dòng)情況，得到一系列結(jié)果；針對流道堵塞工況，保持循環(huán)供水系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，且系統(tǒng)參數(shù)保持穩(wěn)定，然后使用細(xì)條狀橡膠塞分別堵塞進(jìn)水口和出水口處流道，同時(shí)監(jiān)控各溫度測點(diǎn)的溫度變化情況，改變堵塞流道的個(gè)數(shù)及系統(tǒng)流動(dòng)參數(shù)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，得到一系列結(jié)果。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種平行微通道水冷基板，其特征在于，所述平行微通道水冷基板包括上鋁板、下鋁板、冷卻水進(jìn)口、冷卻水出口；所述下鋁板上設(shè)有水冷流道；所述上鋁板和下鋁板通過MIG焊接在一起；所述冷卻水進(jìn)口設(shè)置在上鋁板和下鋁板的右側(cè)；所述冷卻水出口設(shè)置在上鋁板和下鋁板的左側(cè)；所述冷卻水進(jìn)口和冷卻水出口通過水冷流道連通。

技術(shù)研發(fā)人員：陶勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇海鼎電氣科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.22
技術(shù)公布日：2017.09.19