电力半导体器件风冷散热系统实验装置设计-动力工程专业论文.docxVIP

PAGE IV PAGE IV 重庆 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 radiator experiment. The thermal resistance and flow resistance of typical profiles radiator and heat pipe radiator are tested by using experimental platform. The results and the conclusions in relevant literatures are in close agreement that verify the accuracy and rationality of the proposed designation. Keywords ： Power Semiconductor, Radiator, Heat Resistance, Flow Resistance, Experimental Platform 重庆大 重庆大学硕士学位论文 目录 目 录 中文摘要I 英文摘要 II 1 绪论 1 1.1 背景 1 1.2 半导体器件冷却及性能测试发展现状 1 1.2.1 半导体器件冷却方式及发展现状 2 1.2.2 半导体器件风冷散热及测试系统发展现状 7 1.3 本文主要工作 9 2 风冷系统实验装置设计 11 2.1 设计要求 11 2.2 测试装置设计 11 2.2.1 风道设计 11 2.2.2 空气加热器设计 14 2.2.3 风机设计选型 16 2.3 测量系统 18 2.3.1 热阻与流阻 18 2.3.2 温度测量 19 2.3.3 风道空气速度测量 20 2.3.4 压差测量 21 2.4 测点布置及系统安装 22 2.4.1 测点布置 22 2.4.2 系统安装 23 2.5 本章小结 24 3 数据采集及自控系统设计 25 3.1 数据采集系统 25 3.2 自动控制系统 26 3.2.1 PLC 技术 26 3.2.2 组态软件 27 3.2.3 自动控制系统的实现 28 3.3 本章小结 33 4 实验平台调试及实验分析 34 重庆大 重庆大学硕士学位论文 目录 4.1 实验平台调试 34 4.1.1 热电偶及光纤测温系统标定 36 4.1.2 干扰问题及解决方案 38 4.2 实验结果及分析 40 4.2.1 热管散热器热阻理论分析 40 4.2.2 实验结果及分析 43 4.3 实验误差分析 46 4.4 本章小结 47 5 全文总结及展望 48 5.1 全文总结 48 5.2 展望 48 致谢 49 参考文献 50 附 录 54 A. 作者在攻读学位期间发表的论文或专利： 54 PAGE 10 PAGE 10 重庆 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1.1 背景 电力电子器件（Power Electronic Device）又称为功率半导体器件，主要用于 电力设备的电能变换和控制电路方面。随着电子行业的发展，半导体器件及设备 向着小型化、紧凑化、高性能的方向发展，大功率的电子器件通常指电流为数十 至数千安，电压为数百伏以上的器件[1]。因此，大功率半导体器产生热量更多，热 流密度更大。如果没有适当的散热措施，芯片的温度就有可能超过所允许的最高 结温，从而导致器件性能的恶化以致损坏。因此，研究大功率半导体器件的散热 有重要意义。 1.2 半导体器件冷却及性能测试发展现状 当前，半导体器件的发展趋势是芯片尺寸越来越大，功率越来越高。本世纪 以来，半导体器件的研究取得了较大的进展。仅以功率半导体来说，随着半导体 器件制造工艺水平的不断提高，无论是器件的种类还是器件的功率等级都有了长 足的进展，一些大功率、超大功率半导体器件相继问世。就整流二极管和晶闸管 来说，其单只器件的芯片直径达到了 5~6 寸，电流的额定值高达 7000A 以上，电 压达到了 6000V 以上。 半导体器件功率的提高，对大容量电力电子装置的制造与发展提供了强大的 支持。本世纪以前，由于单个半导体器件所能承受的电流电压较小的，致使电力 电子装置的容量受到限制。所以，在大功率应用场合，多采用多只半导体器件串 联或并联的方式，来提高电力电子装置的容量。但是，这使得设备的电连接较多， 体积、重量增加，降低设备的可靠性，维护困难。而大功率器件的研制成功，使 器件串并联的问题得到很大的改善。只需一只或较少数量的器件就可满足装置的 容量要求。从而简化了设计，有效地降低了装置的故障率和成本。正因如此，在 容量较大的应用中，大功率半导体器件越来越受到市场的青睐。 不过，随着半导体器