大功率半导体器件相变冷却性能测试系统技术方案

本发明专利技术涉及一种大功率半导体器件相变冷却性能测试系统，包括：相变冷却回路、外冷却回路和半导体发热测温模块，所述半导体发热测温模块包括发热半导体器件（1）和与其连接的温度测试块（2），所述相变冷却回路包括散热器（3）、与所述散热器（3）管路连接的冷凝器（9）以及与所述冷凝器（9）和所述散热器（3）管路连接的稳压装置（16），所述外冷却回路包括与所述冷凝器（9）管路连接用于向所述冷凝器（9）中输送冷却水的冷水机组（23），所述温度测试块（2）与所述散热器（3）连接用于测量所述散热器（3）表面台面温度分布；还包括临近所述散热器（3）设置，用于拍摄所述散热器（3）内部贴壁处气泡生成规律的高速摄像机（19）。的高速摄像机（19）。的高速摄像机（19）。

【技术实现步骤摘要】
大功率半导体器件相变冷却性能测试系统


[0001]本专利技术涉及半导体元器件热控
，尤其涉及一种大功率半导体器件相变冷却性能测试系统。

技术介绍

[0002]随着风电等新能源的大规模并网，对电网输送及调节设备提出了更高的要求，例如动态无功补偿装置及柔性直流输电换流阀等工作电压、工作电流越来越大。大功率半导体器件IGBT作为大容量动态无功补偿装置及柔性直流输电换流阀的核心器件，电压等级越高、调节无功能力越强对IGBT的可靠运行也提出了更高的要求。
[0003]大功率半导体器件IGBT运行时产生大量的热量，目前动态无功补偿装置及柔性直流输电换流阀通常采用水冷却方式将IGBT器件发生的热量带走，以保证IGBT器件的正常运行。但是随着IGBT器件产生的热量越来越大，水冷却方式存在冷却效率低下、运行维护成本高以及泄露导致的绝缘失效等一系列问题，已不能满足动态无功补偿装置及柔性直流输电换流阀的可靠性运行。相变冷却传热量是水冷却的25倍，具有换热效率更高、体积更小，换热满足大功率半导体器件IGBT发展的需求，但是大功率半导体器件IGBT是否能在相变冷却方式下长期可靠运行需要进一步验证。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
中的至少一个技术问题，提供一种大功率半导体器件相变冷却性能测试系统。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种大功率半导体器件相变冷却性能测试系统，其特征在于，包括：相变冷却回路、外冷却回路和半导体发热测温模块，所述半导体发热测温模块包括发热半导体器件和与其连接的温度测试块，所述相变冷却回路包括散热器、与所述散热器管路连接的冷凝器以及与所述冷凝器和所述散热器管路连接的稳压装置，所述外冷却回路包括与所述冷凝器管路连接用于向所述冷凝器中输送冷却水的冷水机组，所述温度测试块与所述散热器连接用于测量所述散热器表面台面温度分布；还包括临近所述散热器设置，用于拍摄所述散热器内部贴壁处气泡生成规律的高速摄像机。
[0006]根据本专利技术的一个方面，所述相变冷却回路还包括与所述散热器连接的第一上升管、与所述第一上升管连接的第二上升管以及与所述第二上升管和所述冷凝器连接的第三上升管；所述第一上升管和所述第二上升管之间设有第一调节阀，所述第二上升管和所述第三上升管之间设有第二调节阀；所述第二上升管为透明石英管，并且其长度可调节。
[0007]根据本专利技术的一个方面，所述相变冷却回路还包括第一下降管、与所述第一下降管连接的第二下降管、与所述第二下降管、所述稳压装置以及所述散热器连接的第三下降
管；所述第一下降管与所述第二下降管之间设有第三调节阀，所述第二下降管和所述第三下降管之间设有第四调节阀，所述第三下降管上临近所述第四调节阀的位置设有气液两相流量计；所述第二下降管为透明石英管。
[0008]根据本专利技术的一个方面，所述第三下降管包括与所述第二下降管和所述散热器连接的第一支管以及与所述第一支管连接并且连接所述稳压装置的第二支管；所述第二支管上设有第五调节阀；所述第一支管上临近所述散热器的位置上设有第六调节阀。
[0009]根据本专利技术的一个方面，所述外冷却回路还包括与所述冷凝器和所述冷水机组连接的进水管和回水管；所述进水管上设有第七调节阀；所述第七调节阀和所述冷水机组之间设有冷却水流量计。
[0010]根据本专利技术的一个方面，所述温度测试块和所述散热器的接触面之间涂设高导热材料。
[0011]根据本专利技术的一个方面，所述温度测试块为厚度15mm的锻造铜铜板制成，其表面粗糙度≤0.8
µ
m，平面度≤0.025mm，平行度≤0.05 mm。
[0012]根据本专利技术的一个方面，所述温度测试块连接所述散热器的表面上开设多个直径小于3mm的孔，各所述孔内弹性布置测温热电偶。
[0013]根据本专利技术的一个方面，所述散热器面对所述高速摄像机的侧面采用钢化石英玻璃制成。
[0014]根据本专利技术的一个方面，所述散热器材质为铝合金，所述散热器结构为空腔结合换热强化肋结构，同时在其内表面设置多个细小槽道。
[0015]根据本专利技术的方案，测试结果可视性好，本专利技术将上升管及下降管长度设计为可调节及加置石英透明管，可以满足观测发热半导体器件不同发热功率下，管内气液两相流流型变化规律，此外通过将散热器两侧布置为透明石英玻璃，并配置高速摄像机，可以准确捕捉到散热器内部壁面气泡成核及发展过程。
[0016]同时，系统可调节性强，本专利技术首先通过实现冷凝器与散热器高度可调，满足分析冷凝器与散热器的高度差对相变冷却系统循环效果的影响，通过监测冷凝器高度变化时，相变冷却回路流量变化，则可以得到最优冷凝器与散热器的高度；其次通过在冷水机组回路设置调节阀，可以实现分析不同外冷水流量对相变冷却回路循环的影响；最后在稳压装置内设置电加热器，可以满足分析不同冷却介质进口温度对其在散热器内相变效果的影响。
[0017]温度结果准确性高，本专利技术通过在发热半导体器件及散热器中间设置温度测试块，且采用开孔弹性顶压方式布置测温热电偶，有利于分析发热半导体器件启动瞬间散热器的过热度，保证温度测量准确。
附图说明
[0018]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说
明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0019]图1示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的大功率半导体器件相变冷却性能测试系统的结构图；图2示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的测温热电偶布置结构图。
具体实施方式
[0020]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护范围。
[0021]图1示意性表示根据本专利技术的一种实施方式的大功率半导体器件相变冷却性能测试系统的结构图。如图1所示，根据本专利技术的大功率半导体器件相变冷却性能测试系统，包括：相变冷却回路、外冷却回路和半导体发热测温模块，其中，半导体发热测温模块包括发热半导体器件1和与其连接的温度测试块2，相变冷却回路包括散热器3、与散热器3管路连接的冷凝器9以及与冷凝器9和散热器3管路连通的稳压装置16，外冷却回路包括与冷凝器9管路连通用于向冷凝器9中输送冷却水的冷水机组23，温度测试块2与散热器3连接用于测量散热器3表面台面温度分布。还包括临近散热器3设置，用于拍摄所述散热器3内部贴壁处气泡生成规律的高速摄像机19。
[0022]进一步地，如图1所示，所述相变冷却回路还包括与所述散热器连接的第一上升管4、与第一上升管4连接的第二上升管6以及与第二上升管6和冷凝器9连接的第三上升管8。第一上升管4和第二上升管6之间设有第一调节阀5，第二上升管6和第三上升管8之间设有第二调节阀7。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大功率半导体器件相变冷却性能测试系统，其特征在于，包括：相变冷却回路、外冷却回路和半导体发热测温模块，所述半导体发热测温模块包括发热半导体器件（1）和与其连接的温度测试块（2），所述相变冷却回路包括散热器（3）、与所述散热器（3）管路连接的冷凝器（9）以及与所述冷凝器（9）和所述散热器（3）管路连接的稳压装置（16），所述外冷却回路包括与所述冷凝器（9）管路连接用于向所述冷凝器（9）中输送冷却水的冷水机组（23），所述温度测试块（2）与所述散热器（3）连接用于测量所述散热器（3）表面台面温度分布；还包括临近所述散热器（3）设置，用于拍摄所述散热器（3）内部贴壁处气泡生成规律的高速摄像机（19）。2.根据权利要求1所述的大功率半导体器件相变冷却性能测试系统，其特征在于，所述相变冷却回路还包括与所述散热器连接的第一上升管（4）、与所述第一上升管（4）连接的第二上升管（6）以及与所述第二上升管（6）和所述冷凝器（9）连接的第三上升管（8）；所述第一上升管（4）和所述第二上升管（6）之间设有第一调节阀（5），所述第二上升管（6）和所述第三上升管（8）之间设有第二调节阀（7）；所述第二上升管（6）为透明石英管，并且其长度可调节。3.根据权利要求2所述的大功率半导体器件相变冷却性能测试系统，其特征在于，所述相变冷却回路还包括第一下降管（10）、与所述第一下降管（10）连接的第二下降管（12）、与所述第二下降管（12）、所述稳压装置（16）以及所述散热器（3）连接的第三下降管（15）；所述第一下降管（10）与所述第二下降管（12）之间设有第三调节阀（11），所述第二下降管（12）和所述第三下降管（15）之间设有第四调节阀（13），所述第三下降管（15）上临近所述第四调节阀（13）的位置设有气液两相流量计（14）；所述第二下降管（12）为透明石英管。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：渠学景，陈伟，李建，丁小刚，
申请(专利权)人：普世通北京电气有限公司，
类型：发明
国别省市：