一种高效均衡散热功率模块

技术领域

本发明涉及电力电子功率模块技术领域，具体涉及一种高效均衡散热功率模块。

背景技术

电力电子技术在当今快速发展的工业领域占有非常重要的地位，电力电子功率模块作为电力电子技术的代表，已广泛应用于电动汽车，光伏发电，风力发电，工业变频等行业。随着我国工业的崛起，电力电子功率模块有着更加广阔的市场前景。

现有电力电子功率模块已有集成冷却结构的基板，如图1-3所示，冷却剂通过冷却结构以吸收电力电子功率模块工作时的过剩热量并将过剩热量从电子电力模块输送出去。但由于电动汽车等应用领域空间利用紧张，其散热器均采用冷却剂单边进出口设计，变散热器进出口冷却剂压差不变，进出口近端基板部位引导冷却剂流通的回路短，冷却剂流通阻力小，冷却剂流速快流量多散热效果好，而散热器进出口远端基板部位引导冷却剂流通的回路长，冷却剂流通阻力大，冷却剂流速慢流量少散热效果差。导致传统冷却结构不能高效均衡的将热量从电力电子功率模块输送出去，影响功率模块的整体使用寿命。

综上所述，研发一种高效均衡散热功率模块，是电力电子功率模块技术领域中急需解决的关键问题。

发明内容

本发明为了解决上述问题，本发明提供了一种高效均衡散热功率模块，通过减小散热器进出口远端基板冷却结构引导冷却剂流通阻力，增加冷却剂在散热器进出口远端基板冷却结构的流速，叠加冷却剂在散热器进出通道中的流通阻力，使其与散热器进出口近端基板冷却结构引导冷却剂流通的阻力相等，使功率模块整体散热能力更高效均衡。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种高效均衡散热功率模块，包括外壳、信号端子和功率端子，所述信号端子和功率端子均安装于外壳上，还包括带有冷却结构的基板，所述基板安装于外壳上，所述基板的冷却结构为柱状/槽状结构，所述冷却结构与流体接触的面积向远离进水口、出水口的方向逐渐减小。

本发明进一步的设置为：其中基板的冷却结构的一种柱状结构为：基板的冷却结构为圆柱状冷却结构，其由近到远依次减小远离散热器进口和散热器出口位置的柱状冷却结构的柱体表面面积。

本发明进一步的设置为：其中基板的冷却结构的另一种柱状结构为：基板的冷却结构为台柱状冷却结构，台柱状冷却结构的底部面积不变，其由近到远依次远离散热器进口和散热器出口位置的台柱状冷却结构顶端台面面积。

本发明进一步的设置为：其中基板的冷却结构的另一种柱状结构为：基板的冷却结构为柱状冷却结构，其由近到远依次减小远离散热器进口和散热器出口位置的柱状冷却结构的布置密度。

本发明进一步的设置为：其中基板的冷却结构的另一种柱状结构为：基板的冷却结构为柱状冷却结构，其由近到远依次减小远离散热器进口和散热器出口位置的柱状冷却结构的横截面积的变化和冷却结构布置密度。

本发明进一步的设置为：其中基板的冷却结构的一种槽状结构为：基板的冷却结构为沟槽结构，其依次减小远离散热器进口和散热器出口位置的沟槽结构的引导冷却液流动通道数量。

本发明进一步的设置为：其中基板的冷却结构的另一种槽状结构为：基板的冷却结构为沟槽结构，其依次增大远离散热器进口和散热器出口位置的沟槽结构的通道开口大小。

本发明进一步的设置为：其中基板的冷却结构的另一种槽状结构为：基板的冷却结构为沟槽结构，其依次增大远离散热器进口和散热器出口位置的沟槽结构的通道开口大小，同时依次减小远离散热器进口和散热器出口位置的沟槽结构的通道数量。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下

有益效果：

本发明散热器进出口远端基板冷却结构引导冷却剂吸收电力电子功率模块工作时的过剩热量，与散热器进出口近端基板冷却结构引导吸收电力电子功率模块工作时的过剩热量相等，功率模块整体散热能力高效均衡。

附图说明

图1为现有技术的功率模块的示意图；

图2为用于安装图1功率模块的散热器的示意图；

图3为现有功率模块基板的示意图；

图4为本发明实施例1中高效散热功率模块的示意图；

图5为本发明实施例1中基板柱状冷却结构的示意图；

图6为本发明实施例2中基板台柱状冷却结构的示意图；

图7为本发明实施例3中基板柱状冷却结构的示意图；

图8为本发明实施例4中基板柱状冷却结构的示意图；

图9为本发明实施例5中基板沟槽结构的示意图；

图10为本发明实施例1中功率模块的散热器的示意图；

图11为本发明实施例6中基板沟槽结构的示意图；

图12为本发明实施例7中基板沟槽结构的示意图。

图例说明：1、外壳；2、基板；3、信号端子；4、功率端子；5、散热器通道；6、凹面；7、散热器进口；8、散热器出口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

如图4-5和图9-10所示，本发明提供了一种高效均衡散热功率模块，包括外壳1、信号端子3和功率端子4，信号端子3和功率端子4均安装于外壳1上，还包括带有冷却结构的基板2，基板2安装于外壳1上，基板的冷却结构为柱状/槽状结构，冷却结构与流体接触的面积向远离进水口、出水口的方向逐渐减小。

本实施例中，使用的散热器，其内开设有安装槽，安装槽内设置有凹面6，且安装槽内开设有散热器通道5，散热器的一侧设置有散热器进口7和散热器出口8。

其中基板的冷却结构的一种柱状结构为：基板2的冷却结构为柱状冷却结构，其由近到远依次减小远离散热器进口7和散热器出口8位置的柱状冷却结构的柱体表面面积。冷却剂在冷却结构中可流通的截面积依次增大，从而减少冷却结构引导冷却剂流通阻力，提高冷却剂流动速度，增大冷却剂流量，使冷却剂通过远端冷却结构时吸收的热量与通过近端冷却结构吸收同等热量。

在本实施例中，散热器进口7和散热器出口8冷却剂压差不变，通过增大散热器进口7和散热器出口8远端冷却结构引导冷却剂流通的横截面面积，减小远端冷却结构引导冷却剂流通阻力，增加远端冷却结构冷却剂流速和流量，与散热器进口7和散热器出口8近端冷却结构引导冷却剂流通吸收的过剩热量相等，使功率模块整体散热能力更高效均衡。

此外，需要说明的是，如图10所示，本发明所提供的用于安装3组图9的功率模块的散热器，散热器还可以至少包括三个凹面6，每个凹面6被安排成容纳电子电力模块的冷却结构，凹面6两端连通一个散热器进口7和一个散热器出口8，散热器进口7和散热器出口8在同一侧。

实施例2：

如图6所示，本实施例所提供的一种高效均衡散热功率模块大致和实施例1相同，其主要区别在：其中基板2的冷却结构的另一种柱状结构为：基板2的冷却结构为台柱状冷却结构，台柱状冷却结构的底部面积不变，其由近到远依次远离散热器进口7和散热器出口8位置的台柱状冷却结构顶端台面面积，冷却剂在冷却结构中可流通的截面积依次增大，从而减少远离散热器进口7和散热器出口8位置冷却剂在冷却结构中流通的阻力，提高冷却剂流动速度，增大冷却剂流量。

实施例3：

如图7所示，本实施例所提供的一种高效均衡散热功率模块大致和实施例1相同，其主要区别在：其中基板2的冷却结构的另一种柱状结构为：基板2的冷却结构为柱状冷却结构，其由近到远依次减小远离散热器进口7和散热器出口8位置的柱状冷却结构的布置密度，冷却剂在冷却结构中可流通的面积依次增大，从而减少远离散热器进口7和散热器出口8位置冷却剂在冷却结构中流通的阻力，提高冷却剂流动速度，增大冷却剂流量。

实施例4：

如图8所示，本实施例所提供的一种高效均衡散热功率模块大致和实施例1相同，其主要区别在：其中基板2的冷却结构的另一种柱状结构为：基板2的冷却结构为柱状冷却结构，其由近到远依次减小远离散热器进口7和散热器出口8位置的柱状冷却结构的表面面积和冷却结构布置密度。

实施例5：

如图9所示，本实施例所提供的一种高效均衡散热功率模块大致和实施例1相同，其主要区别在：其中基板2的冷却结构的一种槽状结构为：基板2的冷却结构为沟槽结构，其依次减小远离散热器进口7和散热器出口8位置的沟槽结构的引导冷却液流动通道数量，达到减少远离冷却剂进出口位置冷却剂流通回路的阻力，提高冷却剂体流动速度。

实施例6：

如图11所示，本实施例所提供的一种高效均衡散热功率模块大致和实施例1相同，其主要区别在：其中基板2的冷却结构的另一种槽状结构为：基板2的冷却结构为沟槽结构，其依次增大远离散热器进口7和散热器出口8位置的沟槽结构的通道开口大小，达到减少远离冷却剂进出口位置冷却剂流通回路的阻力，提高冷却剂体流动速度。

实施例7：

如图12所示，本实施例所提供的一种高效均衡散热功率模块大致和实施例1相同，其主要区别在：其中基板2的冷却结构的另一种槽状结构为：基板2的冷却结构为沟槽结构，其依次增大远离散热器进口7和散热器出口8位置的沟槽结构的通道开口大小，同时依次减小远离散热器进口7和散热器出口8位置的沟槽结构的通道数量，达到减少远离冷却剂进出口位置冷却剂流通回路的阻力，提高冷却剂体流动速度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。