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谈谈大功率博尔塔拉干式变压器的热设计

作者:博尔塔拉润生干式变压器厂  来源:http://boertala.7jcwi.com/  发布时间:2019-05-05
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博尔塔拉干式变压器已普遍运用在当前的各类电子设备上,其单位功率密度也在不断地提高,目前已高达数百瓦每立方英寸.由于博尔塔拉干式变压器中使用了大量的大功率半导体器件,如整流桥堆、大电流整流管、大功率三极管场效应管等器件。高功率密度是博尔塔拉干式变压器发展的方向之一,它们工作时会产生大量的热量,通过热设计尽可能减少博尔塔拉干式变压器内部产生的热量、减少热阻以提高效率外、选择合理的冷却方式是博尔塔拉干式变压器热设计的基本任务.博尔塔拉干式变压器除了电应力之外,温度是影响博尔塔拉干式变压器可靠性***重要的因素.博尔塔拉干式变压器内部的温升将导致元器件的失效,当温度超过一定值时,失效率将呈指数规律增加,温度超过极限值时将导致元器件失效如果不能把这些热量及时地排出并使之处于一个合理的水平将会影响博尔塔拉干式变压器的正常工作,严重时会损坏博尔塔拉干式变压器.为提高博尔塔拉干式变压器工作的可靠性,热设计在博尔塔拉干式变压器设计中是必不可少的重要一个环节。

温度和故障率的关系是成正比的,可以用下式来表示:F=Ae-E/KT其中:F=故障率,A=常数,E=功率,K=玻尔兹曼常量(8.63e-5eV/K),T=结点温度.

为解决此问题可从两方面入手:

1)从电路结构上减少损耗,如采用更优的控制方式和技术,如高频软技术、移相控制技术、同步整流技术等,另外就是选用低功耗的器件,减少发热器件的数目,加大加粗印制线的宽度,提高博尔塔拉干式变压器的效率;

2)运用更有效的散热技术,利用传导、辐射、对流技术将热量转移,这包括采用散热器、风冷(自然对流和强迫风冷)、液冷(水、油)、热电致冷、热管等方法.在较大功率博尔塔拉干式变压器中的主要散热方式是强制风冷,因此提高强制风冷效果的技术就成了研究的重点.合理的风道设计和在散热器前端加入扰流片引入紊流可显著的提高。

1.热设计中常用的几种方法:为了将发热器件的热量尽快地发散出去,一般从以下几个方面进行考虑: 使用散热器、冷却风扇、金属pcb、散热膏等.在实际设计中要针对客户的要求及最佳费/效比合理地将上述几种方法综合运用到博尔塔拉干式变压器的设计中。

2.半导体器件的散热器设计:由于半导体器件所产生的热量在博尔塔拉干式变压器中占主导地位,其热量主要来源于半导体器件的开通、关断及导通损耗.从电路拓扑方式上来讲,采用零变换拓扑方式产生谐振使电路中的电压或电流在过零时开通或关断可最大限度地减少损耗但也无法彻底消除管的损耗故利用散热器是常用及主要的方法. 潍柴集团

3、自然风冷与强制风冷:在博尔塔拉干式变压器的实际设计过程中,通常采用自然风冷与风扇强制风冷二种形式。自然风冷的散热片安装时应使散热片的叶片竖直向上放置,若有可能则可在pcb上散热片安装位置的周围钻几个通气孔便于空气的对流。

4、金属pcb:随着博尔塔拉干式变压器的小型化,表面贴片元件广泛地运用到实际产品中,这时散热片难于安装到功率器件上。当前克服该问题主要采取金属pcb作为功率器件的载体,主要有铝基覆铜板、铁基覆铜板,金属pcb的散热性远好于传统的pcb且可以贴装smd元件。另有一种铜芯pcb,基板的中间层是铜板绝缘层http://shantou.7jcwi.com/采用高导热的环氧玻纤布粘结片或高导热的环氧树脂,它是可以双面贴装smd元件,大功率smd元件可以将smd自身的散热片直接焊接在金属pcb上,利用金属pcb中的金属板来散热。

总之博尔塔拉干式变压器的热设计应充分考虑产品所处的工 作环境及实际的工作状态并将上述几种方法综合运用才能设计出既经济又能充分保证半导体散热的博尔塔拉干式变压器产品。

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