中国工程热物理学会传热传质学学术会议论文编号：用于IGBT散热的细微通道液冷基板变工况传热特性实验研究陈常念1，公维平1，乔尔敏2，胡晓2，赵国亮2(1.山东大学能源与动力工程学院，山东济南250061；2.国网智能电网研究院，北京，100192)Tel：13685310309E-mail：chen@sdu.edu摘要：为避免IGBT水冷基板在非常情况下导致冷却失效甚至造成系统瘫痪的危险发生，针对设计制作的一种平行微通道水冷基板在多种变工况条件下进行了其传热性能的实验研究；实验研究的变工况条件包括供水系统的瞬态启动或停止条件，流量范围50kg/h-380kg/h的波动变化条件以及水冷基板部分流道堵塞的条件，重点研究了上述实验条件对被冷却器件表面温度及其冷却效果的影响规律；结果表明瞬态变化条件下高热流密度时会发生危险工况，其反应时间RT<10s，流量波动条件下当平均努赛尔数Nu较小时对冷却效果影响较大，水冷基板部分流道堵塞的条件不会导致大幅温升。关键词：水冷基板；瞬态特性；变工况运行；热流密度；IGBTExperimentalstudyontheheattransfercharacteristicsofaliquidcoldplateforIGBTundervariableconditionsChenChang-nian1,GongWei-ping1,QiaoEr-min2,HuXiao2,ZhaoGuo-liang2(1.SchoolofEnergyandPowerEngineering,ShandongUniversity,激nan250061,China;2.SmartGridResearchInstitute,StateGridCorporationofChina,Bei激ng100192,China.)Abstract:Experimentshavebeencarriedouttostudytheheattransfercharacteristicsofonekindofliquidcoldplatewithparallelmicroflowchannel,whichwasdesignedforIGBTinthispaper,underseveralvariableconditionsincludingtransientstart/stop,fluidfluxfluctuatingandflowchannelblockage.TheinfluenceoftheaboveconditionsonIGBTsurfacetemperatureandthecoolingeffectoftheliquidcoldplatehavebeeninvestigatedunderarangeofflowratesof50kg/h-380kg/h.Itisfoundthatitisdangerousforthecoolingsystemunderhighheatfluxwhenstart/stopconditionsoccurs,whentheRespondTime(RT)islessthan10seconds.TheeffectonIGBTsurfacetemperatureoffluidfluxfluctuatingconditionisobviouswhentheaverageNusseltNumberNuissmaller.Andthesafestconditionsareflowchannelblockageundercurrentexperimentalconditions,whichcannotresultinasignificanttemperaturerise.Keywords:liquidcoldplate;transientcharacteristic;variableconditions;heatflux；IGBT0引言随着电力电子器件集成度、功率密度的不断增加，其对散热技术提出了更高的要求。以绝缘栅双极晶体管（IGBT）为例，高度集成的IGBT封装表面会产生极大的热流密度，这些热量如不能被及时带走将会导致IGBT表面温度升高，当其表面温度超过允许温度范基金项目:山东省博士后创新项目专项资金资助项目（No.201101006）和国网智能电网研究院科技开发项目（No.11411325）围时即会导致IGBT器件失效或损坏[1]。针对大功率电力电子器件的散热问题国内外学者已经开展了广泛的研究[2-10]，其中使用微通道结构的液冷（水冷）技术已被证明是电力电子元件散热的高效方式[7-8]，它是在高导热率的材料上加工出极细的微通道、微槽等微小结构，但对制作工艺要求较高。已有报道多集中在电力电子器件的稳态散热技术，针对瞬态变工况的研究并不多见[11]。事实上变工况条件更值得关注，特别是非常工况将会影响被冷却器件的冷却效果甚至严重威胁系统的安全运行。本文设计制作了一种平行微通道水冷基板，在瞬态启停、流量波动、流道堵塞等多种变工况条件下进行了其传热性能的实验研究，提出表征工况变动对系统安全影响程度的反应时间（RT）概念，为安全保护装置及其控制方案的设计提供参考。1实验装置与系统1.1水冷基板的设计设计完成的用于变工况实验的平行微通道水冷基板，其流道尺寸宽3mm，深4mm，长229mm，具体结构及尺寸见图1。图1平行微通道水冷基板结构尺寸图水冷基板的设计制作选材为进口纯铝1060，选用符合设计尺寸的两块铝板毛坯分别作为上下铝板下料制作，先将下铝板加工铣槽再将上铝板采用MIG焊接技术封合形成密闭水冷流道...