сборка для охлаждения силовых электронных компонентов
Классы МПК: | H05K7/20 варианты выполнения, облегчающие охлаждение, вентиляцию или подогрев |
Автор(ы): | Коломейцев Владимир Леонидович (RU), Коломейцев Леонид Филиппович (RU), Пахомин Сергей Александрович (RU), Крайнов Дмитрий Викторович (RU), Коломейцев Георгий Владимирович (RU), Звездунов Дмитрий Алексеевич (RU), Прокопец Игорь Александрович (RU), Реднов Федор Александрович (RU), Сулейманов Умаркади Магомедович (RU) |
Патентообладатель(и): | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Эметрон" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-08-08 публикация патента:
10.09.2009 |
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.
Формула изобретения
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.
Описание изобретения к патенту
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.
Класс H05K7/20 варианты выполнения, облегчающие охлаждение, вентиляцию или подогрев