Сравнение технологий воздушного и жидкостного охлаждения силовых электронных устройств

В связи с непрерывным развитием технологии силовой электроники объем преобразовательного оборудования стремится к компактности, а система — к сложности. Высокая плотность тепла стала непреодолимой тенденцией развития. Чтобы удовлетворить потребность в высокой плотности тепла, традиционные тепловые решения, такие как вентиляторы и радиаторы, продолжают обновляться, и постоянно появляются новые и эффективные методы рассеивания тепла. Перед многими методами охлаждения разработчикам стало очень важно различать мощность рассеивания тепла различных методов рассеивания тепла, чтобы выбрать экономичный и надежный метод рассеивания тепла.

Мощность теплопередачи:

Для воздуха коэффициент теплопередачи естественного воздушного охлаждения очень низкий, максимум 10Вт/(м2К). Если разница температур между поверхностью радиатора и воздухом составляет 50 градусов, тепло, отводимое воздухом на квадратный сантиметр площади рассеивания тепла, составляет до 0,05 Вт. Режим теплопередачи с наибольшей способностью теплопередачи - это процесс теплопередачи с фазовым переходом, а порядок коэффициента теплопередачи воды составляет 103 ~ 104. Причина, по которой теплопередающая способность тепловой трубы велика, заключается в том, что теплопередача процесс секции испарения и секции конденсации представляет собой теплообмен с фазовым переходом.

Воздушное охлаждение:

Метод воздушного охлаждения отличается низкой стоимостью и высокой надежностью. Однако из-за его небольшой способности рассеивания тепла он применим только в случае малой мощности и большого пространства для рассеивания тепла. В настоящее время областью исследования радиатора с воздушным охлаждением является интеграция тепловой трубы и ребра, использование высокой теплопередающей способности тепловой трубы для равномерной передачи тепла на поверхность ребра, улучшение однородности температуры поверхности ребра, а затем улучшение его эффективность рассеивания тепла. В настоящее время воздушное принудительное конвекционное охлаждение является распространенным методом охлаждения компонентов силовой электроники. Его общей структурой является форма радиатора и вентилятора. Хотя структура имеет удобную реализацию и низкую стоимость, ее теплоотводящая способность ограничена.

Жидкостное охлаждение:

Хотя технология воздушного охлаждения продолжает совершенствоваться, само воздушное охлаждение ограничено мощностью рассеивания тепла. С постоянным улучшением теплового потока будет популярным применение устройств жидкостного охлаждения с большей способностью рассеивания тепла. Согласно исследованиям, приблизительный диапазон коэффициента теплопередачи принудительной конвекции газа составляет 20 ~ 100 Вт/(градус М2), а коэффициент теплопередачи принудительной конвекции воды составляет до 15000 Вт/(градус М2), что более в 100 раз больше, чем при принудительной конвекции воздуха.

Оценка способности рассеивания тепла для радиатора ограничена многими факторами, поскольку она также ограничена условиями окружающей среды, размером компонентов, температурой стола радиатора и другими факторами.