电力电子器件及其装置的散热结构优化研究.doc

电力电子器件及其装置的散热结构优化研究 作者：郭金童 来源：《科技风》2022 年第 02 期 摘要：伴随着改革开放，我国的经济实力得到了全方位的提升，大众的生活水平迈入了小 康社会同样的电力行业也取得了长足的进步，在电力系统升级换代过程中各种电子器件的原 理及设计工艺逐渐复杂化，同时电子器件必须具备较高的散热性能，因为电子器件元件的工作 温度需处于正常的温度范围之内，进而保证电力装置能够稳定、正常的运转 关键词：电子器件;装置;散热结构;优化 研究电子器件中的散热单元需要具备多学科、多领域的知识，因此必须具备多学科、多领 域的知识才能实现优化散热装置设计、提高散热性能的目标除此之外部分功率较大且发热量 较大的设备在使用过程中还需要电风扇等辅助设备进行降温，以确保设备能够稳定的正常运 行文章首先简单描述电力电子器件相关情况及优化其散热结构的必要性，然后深入分析了优 化散热结构的可行方案，最后介绍了最新的材料在实际应用时对散热结构性能的要求，希望能 够为提升散热结构设计或性能提供一些参考价值 一、电子器件及优化其散热结构的必要性 伴隨着我国各行各业的发展，大众的生活水平迈上了一个新的台阶。

而在电力行业当中优 化各种电力设备成为了研究员、一线技术人员等人的主要工作内容伴随着电力系统中各部分 的升级换代，各种电子器件的体积不断缩小，这意味着其内部结构越来越紧凑，同时也越来越 复杂，虽然体积减小有利于节约空间，但同时也带来了散热性能不佳的问题，进而导致电气装 置无法持续的稳定运行，而实际情况要求电力装置必须做到 24 小时运转由此可见，必须解 决电子器件的散热问题，只有这样才能使得电气装置长久的处于稳定运转的状态 二、电子器件散热装置的特征及原理 （一）电子器件散热结构的主要特征 （1）电子器件散热结构占电子器件的面积较小但热流的密度较大从而导致热量的高度集 中电子器件是电力装置的核心组成部分之一，因此必须具备良好的散热性，进而确保电力装 置能够持久、安全、稳定的运转 （2）电子器件的散热结构是多学科领域交叉综合的产物，具体而言有如下学科：电子、 材料、物理、传热等电子器件的科研、制作、应用等环节均涉及以上领域例如极端天气环 境下需要使用电风扇或者泵等外在辅助设施加强散热结构中冷却介质的散热能力，此时即应用 了物理学中空气流体力学的相关知识除此之外，电子元器件的热、电、力等多个物理场的耦 合问题需要重点关注并进行深入的研究。

（3）真空环境下散热的特殊性当电子器件处于真空环境时与非真空环境相比存在一些 特殊性，主要在于真空环境下散热结构及其通道不同：非真空环境下电子器件散热的主要方式 是散热单位表面及电子器件壳体与四周环境的空气对流从而完成散热，而真空环境下的散热主 要依赖于热传导、热对流及热辐射等形式，以下是此三种情况的简述： ①热传导，其原理为物体自身的原子、分子等微观层面的粒子进行热运动，从而将热量从 较高温度的地方转移至较低温度的地方，并且能够计算得出该物体的热阻值 ②热对流，此种散热方式主要发生在流体和与流体接触的固体表面之间由此可知此中散 热方式的影响因素有导热规律及流体的流动原理，通常按照冷却定律计算传导的热量如果依 照流体流动的原因进行划分，则可以分为两种：自然对流、强迫对流自然对流顾名思义是由 于流体自身的各个部分间存在温度差而自发产生的对流，具体而言是温度差引发了流体温度较 低处下降，而温度较高处上升强迫对流则是指使用电风扇等外在辅助设备辅助降温过程中产 生的对流 ③热辐射，根据物理学可知热量能够形成电磁波的辐射简言之其原理为物体的温度大于 绝对零度的情况下，物体自身热量会持续性的向外辐射，与此同时周围的物体所散发出来的热 辐射也会被该物体所接收。

而计算热辐射的数量时通常使用网络分析法 （二）电子器件散热结构基本原理的深入研究 只有深入了解并掌握了电子器件原理及其散热结构的原理后才有可能实现对优化散热结构 设计的优化、降低其制造成本等目标本文将从以下几个角度入手进行深入研究： （1）热阻的基本原理及怎样降低热阻电子器件在工作过程中会不断的产生并散发热 量，如果自身热量超过一定的阈值则会增加对能量的消耗，同时其运行稳定性也会降低因此 研究人员增加了散热结构来帮助电子器件散热，通常是使用具备高导热系数的材质与发热的元 件相接触，之后借助热熔较高的介质将热量散发出去，最终达到散热的目标由此可知应当高 度重视散热结构及电子器件的布局，如果间距过窄则极大概率上导致散热性能不佳 （2）选用合适的风冷散热器并进行优化风冷散热器的结构主要包含：底板及翅片，其 原材料通常为铜铝合金依照设计结构可将风冷散热器分为如下几种，在选用时应当了解其优 点、缺点及其应用环境，然后选取合适的类型： ①挤压铝型材式，即通过热挤压的工艺将合金铝锭挤压成型此类型的优点为：热阻较 小、较强的抗腐蚀性、较高的散热效率，缺点则表现为：散热结构的翅片及其宽度在高度及厚 度等方面有较多的限制。

适用的环境为海船等特殊环境 ②拼接翅片式，即把翅片的根部叠放在一起此种材料的优点为可以灵活的制造出各种翅 片，缺点则为此类型的风冷散热器具有较高的热阻，不利于散热 （三）电子器件散热结构的复杂性分析 上述曾经提到电子器件散热结构的研究、设计和应用等环节均涉及诸多学科领域例如物理 学、材料学等，由此可知需要综合应用各学科知识方能达到优化散热结构的设计、降低其制造 成本等目标另外，如果某些电力装置功率大、发热量高则需要借助外在的辅助设备进行散热 降温，这个过程则需要掌握并运用空气流体力学的原理由此可知如果想要设计一个完整的、 。