O que é IGBT?
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transformer) é um dispositivo central para transformação e transmissão de energia, comumente conhecido como "CPU" de dispositivos eletrônicos de potência. É amplamente utilizado em áreas como trânsito ferroviário, redes inteligentes, aeroespacial, veículos elétricos e novos equipamentos de energia.
O módulo IGBT é um produto semicondutor modular, que é embalado por IGBT (chip de transistor bipolar de porta isolada) e FWD (chip de diodo Flyback) por meio de montagem específica;. O módulo IGBT pode encapsular vários chips IGBT internamente, alcançando capacidade de processamento de alta corrente para evitar o problema de aumentar a área ativa e reduzir o rendimento do chip IGBT. Em comparação com módulos de chip único, os módulos de embalagem com vários chips IGBT internos têm uma estrutura mais responsável e requisitos mais elevados para gerenciamento térmico. Como um dispositivo de energia com alta geração de calor e muito afetado pela temperatura, o módulo IGBT deve controlar a temperatura do nó dentro de uma faixa razoável na operação real para garantir a operação normal. A temperatura operacional muito alta alterará a constante física do semicondutor e os parâmetros internos do dispositivo, fazendo com que o módulo igbt não funcione corretamente e até mesmo afete sua vida útil em casos graves.
Tecnologia de resfriamento IGBT
Atualmente, os métodos de resfriamento amplamente utilizados para IGBT no mercado incluem tecnologia de resfriamento de ar, tecnologia de resfriamento de tubo de calor e tecnologia de resfriamento de água.
Tecnologia de resfriamento de ar
A tecnologia de resfriamento de ar usa a zona de transferência de calor por convecção do ar para dissipar o calor. Ele pode ser dividido em resfriamento de ar por convecção natural passiva e resfriamento de ar por convecção forçada ativa. O resfriamento do ar por convecção natural se deve principalmente ao contraste de densidade causado pela diferença de temperatura do ar em diferentes posições, o que gera flutuabilidade como força motriz para impulsionar o canal de fluxo de ar circundante para retirar o calor. O radiador deste modo de resfriamento é de estrutura simples e fácil de manter, mas sua capacidade de troca de calor é baixa e só pode ser usado durante o período de baixa potência de resfriamento e baixa geração de calor. Com a integração de dispositivos de energia IGBT e o desenvolvimento de alta potência, a demanda de resfriamento está aumentando a cada dia, e usar apenas o resfriamento com ar natural para resfriamento está longe de ser suficiente.
Para atender às necessidades de dissipação de calor, um ventilador é instalado no dispositivo IGBT para promover a convecção forçada do ar. A resistência térmica do resfriamento do ar por convecção forçada pode ser reduzida de um quinto a um quinto daquela do resfriamento do ar por convecção natural, o que aumenta muito a capacidade de dissipação de calor. Porém, devido à adição de ventiladores e outros dispositivos, é necessário projetar dutos de ar, realizar manutenções regulares, reduzir a confiabilidade do sistema, reduzir a integração dos dispositivos e apresentar grande ruído durante o trabalho.
Para fornecer a eficiência de resfriamento da tecnologia de resfriamento a ar, geralmente é instalado um dissipador de calor no módulo IGBT para aumentar a área de troca de calor, comumente conhecido como dissipador de calor com aletas. Após extensa pesquisa e otimização pela AWIND, os radiadores resfriados a ar, especialmente os radiadores de aletas de alumínio paralelos, têm design simples e processos de fabricação maduros, tornando-os o dispositivo de dissipação de calor mais comumente usado no resfriamento IGBT atual. No entanto, devido a questões como pequena capacidade específica de ar e baixa condutividade térmica, mesmo o resfriamento de ar por convecção forçada tem capacidade limitada de dissipação de calor e não pode atender efetivamente às necessidades de dissipação de calor da atual alta densidade de fluxo de calor e rápido aquecimento instantâneo dos módulos integrados IGBT.
Tecnologia de resfriamento de tubo de calor
O tubo de calor é composto principalmente por um invólucro selado, um núcleo de sucção de líquido e um canal de vapor. Uma certa quantidade de líquido é colocada no tubo. Uma extremidade do tubo de calor é uma seção de evaporação e a outra extremidade é uma seção de condensação. Durante o processo de trabalho, a seção de evaporação absorve o calor gerado pela fonte de calor, fazendo com que o líquido no núcleo de sucção de líquido circundante se vaporize. Então, o calor se move com o vapor da seção de evaporação do tubo de calor para a seção de condensação, e o vapor se condensa em um líquido na seção de condensação e transfere o calor para o mundo exterior; O líquido condensado retorna à seção de evaporação através da ação capilar do núcleo de sucção na parede do tubo, repetindo o processo do ciclo acima, transferindo continuamente calor de uma extremidade a outra, conseguindo assim a dissipação de calor.
Em comparação com a tecnologia de resfriamento de ar por convecção forçada, a introdução de tubos de calor melhora muito o desempenho do dissipador de calor. Além disso, a confiabilidade do dissipador de calor com tubo de calor é alta e o risco de vazamento de refrigerante é baixo. Portanto, há também uma certa base de aplicação no atual mercado de gerenciamento de calor IGBT. Mas a maioria dos dissipadores de calor com tubo de calor, como os radiadores resfriados a ar, exigem ventilador externo para obter maior eficiência de dissipação de calor. Portanto, a eficiência de funcionamento dos dissipadores de calor com tubo de calor também é afetada pelo formato do ventilador, velocidade do vento, temperatura ambiente e outros fatores, que exigem manutenção regular e podem gerar ruído durante a operação. Além disso, adicionar uma estrutura de tubo de calor aumenta o tamanho geral do dissipador de calor, o que não contribui para melhorar a compactação e integração do módulo IGBT.
Tecnologia de refrigeração a água
A água tem boa condutividade térmica, grande capacidade de calor específico e quase nenhuma poluição. Comparado com o resfriamento a ar, o resfriamento a água tem maior eficiência de dissipação de calor, tamanho menor, layout mais fácil do sistema de resfriamento e é mais adequado para sistemas de resfriamento de módulo igbt de alta potência. Portanto, a tecnologia de resfriamento a água foi rapidamente amplamente utilizada, tornando-se o modo de resfriamento principal do sistema de resfriamento de módulo IGBT de alta potência. Combine os dois componentes independentes do módulo IGBT e a placa de resfriamento de água para formar um dissipador de calor separado, que utiliza o fluxo de circulação de água dentro da placa fria para remover o calor do módulo IGBT.
A uniformidade da temperatura da placa de resfriamento líquido também precisa ser levada a sério. Especialmente para chips IGBT, sua eficiência de conversão de energia aumentará à medida que a temperatura da junção do chip IGBT diminuir. A baixa uniformidade de temperatura levará a diferentes temperaturas de junção entre chips IGBT em diferentes posições, resultando em diferentes saídas de energia para cada chip IGBT, o que é muito prejudicial para a operação e confiabilidade do módulo. Awind tem muitos anos de experiência no projeto de placas frias para líquidos para garantir o equilíbrio da temperatura. Garante o funcionamento normal dos dispositivos IGBT.
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