电力电子集成模块热等效装置设计与实现

【摘要】：电力电子技术是由电子学、电力学、控制理论三个学科交叉而成的学科。随着电力电子装置的集成度不断增加,热流密度也随之增加,较高温的温度势必影响半导体器件的性能,这就需要对其实施更加高效的热控制。因此,有效解决功率芯片的散热问题已成为当前电力电子领域的重要问题之一。由于实际电力电子集成模块长时间满负荷工作时,其功率损耗仅占其总输入功率的很小比例,而且热控制实验往往需要接近芯片最大允许温升,器件极易损坏,若使用真实的功率芯片进行热控制系统的研究与实验,代价将非常高。 鉴于此,本文提出一种电力电子集成模块热等效装置设计方案,并进行了具体的软硬件设计和调试,予以实现。本设计的特色在于,通过电气和机械运动双重控制,即电加热功率控制和加热器运动控制相结合,有效控制模拟芯片的发热量,使其等价于真实电力电子集成模块在实际工作状态下的发热。 根据能量守恒定律,分析了实验过程中模拟芯片的瞬态热响应；利用电力电子集成模块微通道液冷基板测试系统对所设计的热等效装置进行了测试,采集具体的实验数据作为热等效装置进一步改进的依据；从理论计算和实验两个角度对对热等效装置的热量损失进行了估计,以期进一步提高其等效精度；结合测试实验的需要,对电力电子集成模块微通道液冷基板测试系统进行了改进。 本课题所设计热等效装置,可用于电力电子装置热控制系统的研究与试验,用来代替真实的电力电子模块,控制方便,经济实用,从而在很大程度上方便实验进行,降低实验成本。