浙大年夜学者提出电力电子装配强迫风冷散热系统的优化设计方法

研究结果表明，本综合热模型相对付传统热模型精度提升62%，证明了综合热模型的准确性。
基于所提出的优化方法设计的散热系统体积4.03L，比拟传统方法设计的体积5.7L，体积缩小30%，从而证明了本方法的可行性。

电力电子器件在事情中会产生损耗，这些损耗会转化为热量。
若热设计不合理，电力电子器件的结温过高，将导致电力电子器件的失落效率增大，较高的过温还会造成器件烧毁，直接影响电力电子装置的寿命和可靠性。
随着大功率电力电子装置向高功率密度发展，电力电子器件的散热问题越来越突出，进而影响了电力电子装置的可靠性和稳定性，成为电力电子装置功率密度进一步提高的瓶颈。

随着宽禁带器件的发展，电力电子装置的开关频率得以提升，无源器件的体积显著减小。
对基于宽禁带器件的强制风冷电力电子装置而言，散热系统（包括散热器和风扇）占装置总体积的25%以上。
因此，散热系统体积优化对提高电力电子装置的功率密度起着关键浸染。

目前，电力电子装置的热设计紧张依赖工程实践履历。
有些学者基于实践履历提出了一些履历公式，但履历公式常日偏差较大，且不具有普遍适用性。

在电力电子装置设计之初，散热设计该当和电路设计、构造设计同步方案开展。
散热系统设计流程如图1所示。
值得把稳的是，热设计包括理论打算、热仿真验证、仿照实验验证等流程，耗时较长。
因此，在热设计完成之前，可以先利用传统履历公式对散热进行概要设计，初步验证设计方案的可行性，并辅导构造设计和功率PCB布局。
在热设计的过程中，电路测试可以同步进行，以提升设计效率。

图1 系统设计流程

电力电子装置的热设计对高功率密度大功率电力电子装置的可靠性起着重要浸染。
为了提高热设计的准确性和设计效率，浙江大学电气工程学院的研究职员综合传热学与流体力学理论，提出了一种基于截面积二次方根为无量纲特色长度的综合热模型。
同时，提出了一种针对范例强制风冷散热系统的体积最优的优化方法，该优化方法亦可推广到质量最优、损耗最头等优化设计当中。

图2 散热系统测试平台

研究职员以380V/50kvar高功率密度SVG为例，利用本方法设计的散热系统，较传统概要方法体积可缩小30%。
其余，相较于传统热模型均匀热阻偏差，本研究提出的综合热模型准确性有较大的提升。

本文编自2021年第16期《电工技能学报》，论文标题为“高功率密度SiC静止无功补偿器强制风冷散热综合建模及优化设计方法”，作者为林弘毅、伍梁 等。