一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置

文档序号:6142 发布日期:2021-09-17 浏览:74次 英文

一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置

技术领域

本发明涉及散热器热阻测试

技术领域

,更具体地说,本发明涉及一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置。

背景技术

电力半导体元件在工作时耗散功率高、热流密度和发热量大,导致发热量和温度急剧上升,将严重影响产品的质量和可靠性,因此必须对其采用适当的冷却方式进行散热,才能满足其正常工作的可靠性要求。电力半导体元件的冷却通常用液冷、风冷、热管、自然冷却散热器,其中液冷包括水冷和油冷。在实际的工程应用中,电力半导体元件冷却所用散热器的热阻都是通过试验进行测量的。测量散热器上最高温度的位置,应在发热元件管壳台面直径外或螺栓型管壳最大直径外2mm处的散热器台面上的一个小孔,孔径为0.8mm,孔深1mm”。然而随着电力半导体元件的功率损耗和热流密度的增大,散热器台面最高的温度并非是周边2mm,而是发热元件底部与散热器接触的区域中,则无法测量到散热器台面温度的最高点,从而导致试验结果的不准确和对散热器散热阻的判断错误。因此,有必要提出一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置,以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念,这将在

具体实施方式

部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征,更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题,本发明提供了一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置,包括:

步骤1:在散热器台面和发热装置底端开设对应的凹槽;

步骤2:将热敏元件埋设在步骤1中开设的凹槽内,获得热敏元件的埋入深度;

步骤3:将发热装置固定安装在散热器台面上,获得接触面积;

步骤4:启动发热装置,获得发热装置的功率,通过热敏元件测出散热器台面的最高温度,然后计算出散热器的热阻。

优选的,所述步骤4的计算步骤如下:

A1:计算出热敏元件埋入散热器台面对测量出的热阻的影响阻值,计算公式如下:

Ri=δ/Sβ

其中,Ri为第一热阻值,δ为热敏元件的埋入深度,S为发热装置与散热器台面的接触面积,β为散热器的热阻率;

A2:根据热敏元件测出的最高温度计算出第二热阻Rt,计算公式如下:

其中,T1为热敏元件测量出的温度值,T2为散热器台面的初始温度,P为发热装置的发热功率;

A3:计算出散热器的热阻值,计算公式如下:

R=Ri+Rt

其中,R为散热器的热阻值。

一种电力半导体元件散热器热阻测试装置,包括:

半导体散热器;

插槽,所述半导体散热器顶端设有若干所述插槽;

发热装置,所述发热装置设于所述半导体散热器顶端;

凹槽,所述凹槽设于所述半导体散热器顶端;

热敏元件,所述热敏元件设于所述凹槽内;

插柱,所述插柱的穿过所述发热装置与所述插槽滑动连接。

优选的,所述发热装置包括:

发热块,所述发热块设于所述半导体散热器顶端;

发热管,所述发热块内设有若干所述发热管;

阻热片,所述阻热片设于所述发热块顶端。

优选的,所述凹槽的开槽形状为直线形或圆弧形中的一种。

优选的,所述阻热片由聚氨脂材料制成。

优选的,所述发热装置上还设有所述辅助测试装置,所述辅助测试装置包括:

壳体,所述壳体设于发热装置上,所述壳体内设有拉绳腔,所述拉绳腔的下方设有按压槽,所述发热装置滑动连接于所述按压槽内;

第一转动杆,所述第一转动杆的一端与所述把手连接,所述第一转动杆的另一端穿过所述壳体伸入所述按压槽内与按压板转动连接,所述按压板滑动连接于所述按压槽内;

花键套,所述花键轮套接于所述第一转动杆上,所述花键套与所述第一转动杆通过花键连接,所述花键套的两端均与所述拉绳腔内壁转动连接;

花键轮,所述花键轮套接于所述花键套上;

螺纹部,所述螺纹部设于所述第一转动杆上,所述第一转动杆通过所述螺纹部与所述壳体螺纹连接;

滑动装置,所述滑动装置设于所述壳体内,所述按压槽的两侧对称设有所述滑动装置,所述滑动装置包括:

滑动槽,所述滑动槽设于所述壳体内,所述滑动槽位于所述按压槽的一侧;

限位杆,所述限位杆的两端均与所述滑动槽内壁连接;

移动块,所述移动块滑动连接于所述滑动槽的内壁上,所述限位杆穿过所述移动块,所述限位杆与所述移动块滑动连接;

回位弹簧,所述回位弹簧设于所述移动块与所述滑动槽内壁之间;

连接绳,所述连接绳的一端与所述移动块连接,所述连接绳的另一端伸入所述拉绳腔内与所述花键轮连接;

滑轮槽,所述滑轮槽设于所述移动块内;

转动块槽,所述滑轮槽内壁上对称设有两个所述转动块槽;

转动块,所述转动块滑动连接于所述转动块槽内,相邻两个所述转动块之间转动设有第二转动杆;

弹簧,所述弹簧设于所述转动块与所述转动块槽之间;

滑轮,所述滑轮套接于所述第二转动杆上,所述滑轮位于所述滑轮槽内,所述滑轮与所述半导体散热器侧壁接触连接;

制动槽,所述制动槽设于所述滑轮槽内,所述制动槽为弧形;

制动片,所述制动片设于所述制动槽内。

优选的,所述壳体内还设有所述指示装置,所述指示装置包括:

显示腔,所述显示腔所述壳体内,所述显示腔位于所述拉绳腔的一侧;

扭转腔,所述扭转腔设于所述壳体内,所述扭转腔位于所述显示腔的下方;

制动腔,所述制动腔设于所述壳体内,所述制动腔位于所述拉绳腔的远离所述显示腔的一侧;

第一齿轮,所述第一齿轮套接于所述花键套上,所述第一齿轮位于所述花键轮的上方;

第二齿轮,所述第二齿轮通过转轴转动设于所述制动腔内壁上,所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合,所述第二齿轮上均匀设有若干卡孔;

卡块槽,所述卡块槽设于所述制动腔的内壁上,所述卡块槽内设有电磁铁;

磁铁杆,所述磁铁杆一端滑动连接于所述卡块槽内,所述磁铁杆与所述电磁铁之间设有卡紧弹簧,所述磁铁杆的另一端与所述卡孔相适配;

第三转动杆,所述第三转动杆的一端与所述扭转腔的内壁转动连接,所述第三转动杆的另一端伸入所述显示腔内指示针连接;

转动轮,所述转动轮套接于所述第三转动杆上,所述转动轮位于所述扭转腔内,所述扭转腔与所述扭转腔内壁之间设有扭转弹簧,所述扭转弹簧套接于所述第三转动杆上;

拉绳,所述拉绳的一端所述花键轮连接,所述拉绳的另一端伸入所述扭转腔与转动轮连接;

刻度盘,所述刻度盘设于所述显示腔的内壁上,所述指示针与所述刻度盘接触连接;

玻璃板,所述玻璃板设于所述显示腔内壁上。

相比现有技术,本发明至少包括以下有益效果:

本发明所述的一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置通过埋设在散热器台面上凹槽内的热敏电阻测出散热器台面的最高温度,避免散热器台面的的最高温度点由周边2mm迁移到发热装置与散热器的接触区域导致无法测量到散热器台面温度的最高点,从而导致试验结果的不准确和对散热器散热阻的判断错误。

本发明所述的是一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置,本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:

图1为本发明一种电力半导体元件散热器热阻测试装置的结构示意图;

图2为本发明一种电力半导体元件散热器热阻测试装置的半导体散热器的俯视示意图;

图3为本发明一种电力半导体元件散热器热阻测试装置的发热块的结构示意图;

图4为本发明一种电力半导体元件散热器热阻测试装置辅助测试装置的结构示意图;

图5为本发明一种电力半导体元件散热器热阻测试装置图4中A处的放大示意图;

图6为本发明一种电力半导体元件散热器热阻测试装置指示装置的结构示意图;

图7为本发明一种电力半导体元件散热器热阻测试装置第二齿轮的结构示意图。

附图标记说明:1、半导体散热器;2、发热装置;3、阻热片;4、插柱;5、插槽;6、发热管;7、凹槽;8、发热块;9、热敏元件;10、辅助测试装置;11、壳体;12、拉绳腔;13、按压槽;14、滑动槽;15、滑轮槽;16、把手;17、第一转动杆;18、螺纹部;19、花键轮;20、连接绳;21、移动块;22、限位杆;23、按压板;24、制动槽;25、制动片;26、转动块槽;27、弹簧;28、转动块;29、第二转动杆;30、滑轮;31、花键套;32、显示腔;33、扭转腔;34、制动腔;35、玻璃板;36、第三转动杆;38、拉绳;39、扭转弹簧;40、刻度盘;41、指示针;42、第二齿轮;43、卡块槽;44、磁铁杆;45、电磁铁;46、卡紧弹簧;47、第一齿轮;48、卡孔;49、回位弹簧。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-图7所示,本发明提供了一种电力半导体元件散热器热阻测试方法及装置,包括:

步骤1:在散热器台面和发热装置底端开设对应的凹槽;

步骤2:将热敏元件埋设在步骤1中开设的凹槽内,获得热敏元件的埋入深度;

步骤3:将发热装置固定安装在散热器台面上,获得接触面积;

步骤4:启动发热装置,获得发热装置的功率,通过热敏元件测出散热器台面的最高温度,然后计算出散热器的热阻。

上述技术方案的工作原理:在实际使用过程中,在散热器台面上开设凹槽,然后将热敏元件埋设在凹槽中,在启动发热装置,通过热敏元件测出散热器台面的最高温度,然后通过测出的温度计算出散热器的热阻。

上述技术方案的有益效果:通过上述结构的设计,通过埋设在散热器台面上凹槽内的热敏电阻测出散热器台面的最高温度,避免散热器台面的的最高温度点由周边2mm迁移到发热装置与散热器的接触区域导致无法测量到散热器台面温度的最高点,从而导致试验结果的不准确和对散热器散热阻的判断错误。

在一个实施例中,所述步骤4的计算步骤如下:

A1:计算热敏元件埋入散热器台面对测量出的热阻的影响阻值,计算公式如下:

Ri=δ/Sβ

其中,Ri为第一热阻值,δ为热敏元件的埋入深度,S为发热装置与散热器台面的接触面积,β为散热器的热阻率;

A2:根据热敏元件测出的最高温度计算出第二热阻Rt,计算公式如下:

其中,T1为热敏元件测量出的温度值,T2为散热器台面的初始温度,P为发热装置的发热功率;

A3:计算出散热器的热阻值,计算公式如下:

R=Ri+Ry

其中,R为散热器的热阻值。

上述技术方案的工作原理:在启动发热装置前,测出散热器台面的初始温度T2,测量散热器台面与发热装置的接触区域面积S、热敏元件埋设的深度δ,然后通过面积S、深度δ和散热器台面自身的热阻率β,计算热敏元件埋入散热器台面对测量出的热阻的影响阻值的第一热阻Ri,在启动发热装置,确定发热装置的发热功率P,通过热敏元件测量出散热器台面的最高温度T1,然后通过最高温度T1、发热功率P和初始温度T2计算出第二热阻Rt,最终算出散热器的热阻R。

上述技术方案的有益效果:通过上述结构的设计,通过上述计算步骤获得散热器的热阻值,取得的热阻值较之前方式取得的更为精确。

一种电力半导体元件散热器热阻测试装置,包括:

半导体散热器1;

插槽5,所述半导体散热器1顶端设有若干所述插槽5;

发热装置2,所述发热装置2设于所述半导体散热器1顶端;

凹槽7,所述凹槽7设于所述半导体散热器1顶端;

热敏元件9,所述热敏元件9设于所述凹槽7内;

插柱4,所述插柱4的穿过所述发热装置2与所述插槽5滑动连接。

上述技术方案的工作原理:在实际使用过程中,将热敏元件9埋入凹槽7后,将发热装置2安装在半导体散热器1上,然后通过插柱4将发热装置2固定于半导体散热器1上,同时每个插柱4插入插槽5的距离是一致的,使得发热装置2对半导体散热器1的各个位置的压力保持一致,从而保证接触区域内的接触热阻一致,避免发热装置2对半导体散热器1加热不均匀,然后启动发热装置2,通过热敏元件9测出半导体散热器1的最高温度,然后计算出半导体散热器1的热阻。

上述技术方案的有益效果:通过上述结构的设计,通过热阻测试装置可以测出散热器的最高温度点位置发生迁移后的最高温度,然后通过测出的温度计算出散热器的热阻,避免散热器台面的的最高温度点迁移到发热装置与散热器的接触区域导致无法测量到散热器台面温度的最高点,从而导致试验结果的不准确和对散热器散热阻的判断错误。

在一个实施例中,所述发热装置2包括:

发热块8,所述发热块8设于所述半导体散热器1顶端;

发热管6,所述发热块8内设有若干所述发热管6;

阻热片3,所述阻热片3设于所述发热块8顶端。

上述技术方案的工作原理:在实际使用过程中,启动发热装置时,发热管6通电发出热量,发热管发出的热量通过发热块作用于半导体散热器1上,然后测试半导体散热器1的最高温度,从而测出半导体散热器1的热阻。

上述技术方案的有益效果:通过上述结构的设计,通过发热装置2替代半导体来发热,从而测量半导体散热器1的热阻,降低了热阻测量装置的制作成本。

在一个实施例中,所述凹槽7的开槽形状为直线形或圆弧形中的一种。

上述技术方案的工作原理:在实际使用过程中,埋设热敏元件9的凹槽的形状可以为直形和圆弧形,使得设置凹槽7时,可以根据不同的半导体散热器1选择设置不同形状的凹槽。

上述技术方案的有益效果:通过上述结构的设计,设置不同形状的凹槽7可以使得检测到的散热器台面的最高温度更加准确。

在一个实施例中,所述阻热片3由聚氨脂材料制成。

上述技术方案的工作原理:在实际上使用过程中,聚胺脂材料的价格便宜,隔热性能好。

上述技术方案的有益效果:通过上述结构的设计,聚氨脂材料制成的阻热片降低了热阻测试装置的成本。

在一个实施例中,所述发热装置2上还设有所述辅助测试装置10,所述辅助测试装置10包括:

壳体11,所述壳体11设于发热装置2上,所述壳体11内设有拉绳腔12,所述拉绳腔12的下方设有按压槽13,所述发热装置2滑动连接于所述按压槽13内;

第一转动杆17,所述第一转动杆17的一端与所述把手16连接,所述第一转动杆17的另一端穿过所述壳体11伸入所述按压槽13内与按压板23转动连接,所述按压板23滑动连接于所述按压槽13内;

花键套31,所述花键轮19套接于所述第一转动杆17上,所述花键套31与所述第一转动杆17通过花键连接,所述花键套31的两端均与所述拉绳腔12内壁转动连接;

花键轮19,所述花键轮19套接于所述花键套31上;

螺纹部18,所述螺纹部18设于所述第一转动杆17上,所述第一转动杆17通过所述螺纹部18与所述壳体11螺纹连接;

滑动装置,所述滑动装置设于所述壳体11内,所述按压槽13的两侧对称设有所述滑动装置,所述滑动装置包括:

滑动槽14,所述滑动槽14设于所述壳体11内,所述滑动槽14位于所述按压槽13的一侧;

限位杆22,所述限位杆22的两端均与所述滑动槽14内壁连接;

移动块21,所述移动块21滑动连接于所述滑动槽14的内壁上,所述限位杆14穿过所述移动块21,所述限位杆22与所述移动块21滑动连接;

回位弹簧49,所述回位弹簧49设于所述移动块21与所述滑动槽14内壁之间;

连接绳20,所述连接绳20的一端与所述移动块21连接,所述连接绳20的另一端伸入所述拉绳腔12内与所述花键轮19连接;

滑轮槽15,所述滑轮槽15设于所述移动块21内;

转动块槽26,所述滑轮槽15内壁上对称设有两个所述转动块槽26;

转动块28,所述转动块28滑动连接于所述转动块槽26内,相邻两个所述转动块28之间转动设有第二转动杆29;

弹簧27,所述弹簧27设于所述转动块28与所述转动块槽26之间;

滑轮30,所述滑轮30套接于所述第二转动杆29上,所述滑轮30位于所述滑轮槽15内,所述滑轮30与所述半导体散热器1侧壁接触连接;

制动槽24,所述制动槽24设于所述滑轮槽15内,所述制动槽24为弧形;

制动片25,所述制动片25设于所述制动槽24内。

上述技术方案的工作原理:在实际使用过程中,在对不能开设插槽5的半导体散热器1进行热阻测试时,将半导体散热器1夹于两个滑动装置之间,即半导体散热器1位于两个滑轮30之间,使得辅助测量装置10可以在半导体散热器1可以滑动;需要开始测量时,转动把手16,把手16带动第一转动杆17转动,第一转动杆17转动时通过花键带动花键套31转动,花键套31带动花键轮19转动,花键轮19转动时,花键轮19通过连接绳20带动移动块21向回位弹簧49伸长方向运动,使得两个移动块21相向运动,在相向运动过程中,滑轮30在半导体散热器1和移动块21的作用下向弹簧27收缩方向运动,在滑轮运动过程中,滑轮30的一半会进入到弧形的制动槽24中,然后在制动片25的作用下使得滑轮30无法转动,且辅助测量装置10夹紧于半导体散热器1上;同时,第一转动杆17转动时在螺纹部18的作用下会向下运动,第一转动杆17会带动按压板23向下运动,按压板23向下运动时,会将发热装置2推出按压槽13,将发热装置2固定于半导体散热器1上,然后启动发热装置2进行测量;当一次测量完成后,反向转动把手16,使得辅助测量装置10在半导体散热器1上滑动,快速的进行第二次测量。

上述技术方案的有益效果:通过上述结构的设计,通过辅助测量装置10,可以在不在半导体散热器1上开设插槽5时进行测量,避免了开设插槽5对半导体散热器1热阻的影响;同时通过按压板23对发热装置2进行固定,避免了调节多个插柱4插入插槽5的距离来实现发热装置2对半导体散热器1各个位置的压力相同的步骤;同时,能快速的通过辅助测量装置10对半导体散热器1进行多次热阻测量求平均值减小测量出热阻的误差;在不进行测量时,发热装置2可以完全进入按压槽13中,避免了发热装置2损坏。

在一个实施例中,所述壳体1内还设有所述指示装置,所述指示装置包括:

显示腔32,所述显示腔32所述壳体11内,所述显示腔32位于所述拉绳腔12的一侧;

扭转腔33,所述扭转腔33设于所述壳体11内,所述扭转腔33位于所述显示腔32的下方;

制动腔34,所述制动腔34设于所述壳体11内,所述制动腔34位于所述拉绳腔12的远离所述显示腔32的一侧;

第一齿轮47,所述第一齿轮47套接于所述花键套31上,所述第一齿轮47位于所述花键轮19的上方;

第二齿轮42,所述第二齿轮42通过转轴转动设于所述制动腔34内壁上,所述第二齿轮42与所述第一齿轮47啮合,所述第二齿轮42上均匀设有若干卡孔48;

卡块槽43,所述卡块槽43设于所述制动腔34的内壁上,所述卡块槽43内设有电磁铁45;

磁铁杆44,所述磁铁杆44一端滑动连接于所述卡块槽43内,所述磁铁杆44与所述电磁铁45之间设有卡紧弹簧46,所述磁铁杆44的另一端与所述卡孔48相适配;

第三转动杆36,所述第三转动杆36的一端与所述扭转腔33的内壁转动连接,所述第三转动杆36的另一端伸入所述显示腔32内指示针41连接;

转动轮34,所述转动轮34套接于所述第三转动杆36上,所述转动轮34位于所述扭转腔33内,所述扭转腔33与所述扭转腔33内壁之间设有扭转弹簧39,所述扭转弹簧39套接于所述第三转动杆36上;

拉绳38,所述拉绳38的一端所述花键轮19连接,所述拉绳38的另一端伸入所述扭转腔33与转动轮34连接;

刻度盘40,所述刻度盘40设于所述显示腔32的内壁上,所述指示针41与所述刻度盘40接触连接;

玻璃板35,所述玻璃板35设于所述显示腔32内壁上。

上述技术方案的工作原理:在实际使用过程中,在转动把手16过程中,把手16通过第一转动杆17带动花键套31转动,花键套31带动花键轮19转动,花键轮19通过拉绳38带动转动轮34转动,转动轮34通过第三转动杆36带动指示针41转动,从而指示针41指出刻度盘40上的刻度,显示出第一转动杆17向下移动的距离;当第一转动杆17下移完成后,启动电磁铁45,电磁铁45产生磁力将磁体棒44向卡紧弹簧46伸长方向运动,使得磁铁棒44进入卡孔48内,使得第二齿轮42无法继续转动,第二齿轮42通过第一齿轮47使得花键套31无法转动,花键套31使得第一转动杆17无法继续转动,完成第一转动杆17向下运动后的固定;当测试完成后,关闭电磁铁45,磁铁棒44向卡紧弹簧46收缩方向运动,磁铁杆44退出第二齿轮42,使得第一转动杆17可以转动。

上述技术方案的有益效果:通过上述结构的设计,在通过辅助测量装置10进行连续测量时,可以记住第一次测量时,指示针41指示出的第一转动杆17下降的距离,从而在进行后续多次测量时,取同样的第一转动杆17下降的距离,使得第一转动杆17通过按压板23给发热装置2每次施加的压力一致,使得每次测量的条件保持一致;同时在调节好第一转动杆17的运动距离后,可以通过指示装置对第一转动杆17进行固定,避免了测试过程中第一转动杆17发生转动导致按压板23对发热装置2的压力改变。

在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接或彼此可通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

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