3D复合热管散热器设计方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种3D复合热管散热器设计方法、装置、设备及存储介质，所述方法包括：获取IGBT模块表面温度的设计目标；根据总损耗，获取3D复合热管散热器的总风量；根据总风量以及IGBT模块的布局范围，获取3D复合热管散热器初始的截面尺寸、风扇类型和风扇数量；构建整机热模型，对整机热模型进行仿真模拟计算，获取IGBT模块的表面温度和风扇工作点；判断所述3D复合热管散热器是否满足设计要求；若不满足设计要求，则重新获取3D复合热管散热器调整后的截面尺寸、风扇类型和风扇数量。本发明专利技术提出了更快捷高效的3D复合热管散热器设计流程，显著节省开发时间，减少开发成本，提高开发效率和开发质量。和开发质量。和开发质量。

【技术实现步骤摘要】
3D复合热管散热器设计方法、装置、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及相变冷却
，具体而言，涉及一种3D复合热管散热器设计方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。IGBT具有功率密度高、导通电压低等优点，被广泛用于各类电气系统中。
[0003]目前对于高功率密度IGBT的稳态传热问题，一般由2D热管散热器进行，而2D热管散热的冷却过滤效果有限，无法满足高功率密度IGBT的冷却要求。另外，目前对散热器的设计方法是在现有设计的基础上进行反复打样测试进行验证，导致开发周期较长，开发效率较低，且开发成本高。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种3D复合热管散热器设计方法、装置、设备及存储介质。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种3D复合热管散热器设计方法，包括：
[0006]根据IGBT模块的实际情况，获取IGBT模块表面温度的设计目标；
[0007]获取所述IGBT模块的总损耗，根据所述总损耗，获取3D复合热管散热器的总风量；
[0008]根据所述总风量以及所述IGBT模块的布局范围，获取所述3D复合热管散热器初始的截面尺寸、风扇类型和风扇数量；
[0009]构建包括IGBT模块模型和3D复合热管散热器模型在内的整机热模型，对所述整机热模型进行CFD流场及温度场的仿真模拟计算，获取所述IGBT模块的表面温度和风扇工作点；
[0010]根据所述IGBT模块的所诉表面温度、所述风扇工作点以及所诉IGBT模块表面温度的设计目标，判断所述3D复合热管散热器是否满足设计要求；
[0011]若不满足设计要求，则重新根据所述总风量以及所述IGBT模块的布局范围，获取所述3D复合热管散热器调整后的截面尺寸、风扇类型和风扇数量。
[0012]可选地，所述根据IGBT模块的实际情况，获取IGBT模块表面温度的设计目标，包括：
[0013]根据第一公式获取所述IGBT模块表面温度的设计目标，所述第一公式包括：
[0014]T
c
＝0.8T
jmax
‑
P*R
jc
；
[0015]其中，Tc表示所述IGBT模块表面温度的设计目标，T
jmax
表示所述IGBT模块的最大结温，P表示所述IGBT模块的损耗，R
jc
表示所述IGBT模块的结壳热阻。
[0016]可选地，所述获取3D复合热管散热器的总风量，包括：
[0017]根据第二公式获取所述3D复合热管散热器的所述总风量，所述第二公式包括：
[0018]P
′
＝c
p
·
ρ
·
Q
·
ΔT；
[0019]其中，P
′
表示所述IGBT模块的所述总损耗，c
p
表示空气定压比热容，ρ表示冷却空气的密度，Q表示冷却空气的体积流量，ΔT表示散热器进出风口的平均空气温差，所述冷却空气的体积流量为所述总风量。
[0020]可选地，构建所述3D复合热管散热器模型的过程，包括：
[0021]将所述3D复合热管散热器的基板等效为水平平面热管热阻，将所述3D复合热管散热器的支路平面热管等效为竖直平面热管热阻，将所述3D复合热管散热器的换热翅片等效为换热翅片热阻，其中，多个所述竖直平面热管热阻并联，所述水平平面热管热阻、并联后的多个所述竖直平面热管热阻以及所述换热翅片热阻依次串联，以形成所述3D复合热管散热器模型；
[0022]所述构建包括IGBT模块模型和3D复合热管散热器模型在内的整机热模型，对所述整机热模型进行CFD流场及温度场的仿真模拟计算，获取所述IGBT模块的表面温度和所述风扇工作点，包括：
[0023]根据第三公式获取所述3D复合热管散热器模型的热阻，所述第三公式包括：
[0024][0025]其中，R
ch
表示所述3D复合热管散热器模型的热阻，R
b
表示所述水平平面热管热阻，R
i
表示所述竖直平面热管热阻，n表示所述竖直平面热管热阻的数量，R
h
表示所述换热翅片热阻；
[0026]根据第四公式获取所述3D复合热管散热器的基板温度，其中，所述3D复合热管散热器的基板温度为所述IGBT模块的表面温度，所述第四公式包括：
[0027]T
′
c
＝T
a
+R
ch
*P
″
；
[0028]其中，T
′
c
表示所述3D复合热管散热器的基板温度，T
a
表示外界环境温度，R
ch
表示所述3D复合热管散热器模型的热阻，P
″
表示所述3D复合热管散热器的传热量；
[0029]对所述IGBT模块和所述3D复合热管散热器模型进行CFD流场及温度场的仿真模拟计算，获取所述风扇工作点。
[0030]可选地，所述水平平面热管热阻的各向导热系数分别为αK
x
＝αK
y
＝30000
‑
50000w/m
·
K，αK
y
＝180w/m
·
K，所述竖直平面热管热阻的各向导热系数分别为βK
x
＝180w/m
·
K，βK
y
＝βK
y
＝30000
‑
50000w/m
·
K，所述换热翅片的导热系数为γK＝180w/m
·
K。
[0031]可选地，所述根据所述IGBT模块的所述表面温度、所述风扇工作点以及所述IGBT模块表面温度的设计目标，判断所述3D复合热管散热器是否满足设计要求，包括：
[0032]将所述3D复合热管散热器的基板温度与所述IGBT模块表面温度的设计目标进行比较，判断所述3D复合热管散热器的基板温度是否满足要求；
[0033]根据所述IGBT模块的布局范围，判断所述3D复合热管散热器的风扇工作点是否满足要求。
[0034]可选地，在所述根据所述IGBT模块的所述表面温度、所述风扇工作点以及所述IGBT模块表面温度的设计目标，判断所述3D复合热管散热器是否满足设计要求之后，还包括：
[0035]若满足设计要求，则对所述3D复合热管散热器进一步测试，验证所述3D复合热管
散热器实际性能。
[0036]第二方面，本专利技术提供了一种3D复合热管散热器设计装置，所述装置包括：
[0037]设计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D复合热管散热器设计方法，其特征在于，包括：根据IGBT模块的实际情况，获取所述IGBT模块表面温度的设计目标；获取所述IGBT模块的总损耗，根据所述总损耗，获取3D复合热管散热器的总风量；根据所述总风量以及所述IGBT模块的布局范围，获取所述3D复合热管散热器初始的截面尺寸、风扇类型和风扇数量；构建包括IGBT模块模型和3D复合热管散热器模型在内的整机热模型，对所述整机热模型进行CFD流场及温度场的仿真模拟计算，获取所述IGBT模块的表面温度和风扇工作点；根据所述IGBT模块的所述表面温度、所述风扇工作点以及所述IGBT模块表面温度的设计目标，判断所述3D复合热管散热器是否满足设计要求；若不满足设计要求，则重新根据所述总风量以及所述IGBT模块的布局范围，获取所述3D复合热管散热器调整后的截面尺寸、风扇类型和风扇数量。2.根据权利要求1所述的3D复合热管散热器设计方法，其特征在于，所述根据IGBT模块的实际情况，获取IGBT模块表面温度的设计目标，包括：根据第一公式获取所述IGBT模块表面温度的设计目标，所述第一公式包括：T
c
＝0.8T
jmax
‑
P*R
jc
；其中，T
c
表示所述IGBT模块表面温度的设计目标，T
jmax
表示所述IGBT模块的最大结温，P表示所述IGBT模块的损耗，R
jc
表示所述IGBT模块的结壳热阻。3.根据权利要求1所述的3D复合热管散热器设计方法，其特征在于，所述获取3D复合热管散热器的总风量，包括：根据第二公式获取所述3D复合热管散热器的所述总风量，所述第二公式包括：P
′
＝c
p
·
ρ
·
Q
·
ΔT；其中，P
′
表示所述IGBT模块的所述总损耗，c
p
表示空气定压比热容，ρ表示冷却空气的密度，Q表示冷却空气的体积流量，ΔT表示散热器进出风口的平均空气温差，所述冷却空气的体积流量为所述总风量。4.根据权利要求1所述的3D复合热管散热器设计方法，其特征在于，构建所述3D复合热管散热器模型的过程包括：将所述3D复合热管散热器的基板等效为水平平面热管热阻，将所述3D复合热管散热器的支路平面热管等效为竖直平面热管热阻，将所述3D复合热管散热器的换热翅片等效为换热翅片热阻，其中，多个所述竖直平面热管热阻并联，所述水平平面热管热阻、并联后的多个所述竖直平面热管热阻以及所述换热翅片热阻依次串联，以形成所述3D复合热管散热器模型；所述构建包括IGBT模块模型和3D复合热管散热器模型在内的整机热模型，对所述整机热模型进行CFD流场及温度场的仿真模拟计算，获取所述IGBT模块的表面温度和风扇工作点，包括：根据第三公式获取所述3D复合热管散热器模型的热阻，所述第三公式包括：其中，R
ch
表示所述3D复合热管散热器模型的热阻，R
b
表示所述水平平面热管热阻，R
i
表示所述竖直平面热管热阻，n表示所述竖直平面热管热阻的数量，R
h
表示所述换热翅片热
阻；根据第四公式获取所述3D复合热管散热器的基板温度，其中，所述3D复合热管散热器的基板温度为所述IGBT模块的表面温度，所述第四公式包括：T
′
c
＝T
a
+R
ch

【专利技术属性】
技术研发人员：许颇，王一鸣，杨雄鹏，梅汉文，林万双，
申请(专利权)人：锦浪科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：