作者：微葉科技 時(shí)間：2015-07-21 17:02
1.IGBT的散熱設(shè)計(jì)規(guī)則
眾所周知，大多數(shù)電子設(shè)備的可靠性都受溫度影響，通常使用設(shè)計(jì)規(guī)則來比較故障率的數(shù)字。根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，其中一條設(shè)計(jì)規(guī)則顯示組件在65℃以上的環(huán)境下工作時(shí)，溫度每上升10℃，故障率便增加一倍。這個(gè)常用的規(guī)則是基于以下的假定：用作比較的產(chǎn)品是用類似的設(shè)計(jì)和制造原理制作的，而組件是在相近的條件下工作（例如，在指定的外圍環(huán)境下：、芯片的溫度也相同）。實(shí)際上，不同的設(shè)計(jì)條件會(huì)對(duì)功率模塊的整體性能及可靠性造成影響。
根據(jù)另一個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)則，如果組件是在其額定最高結(jié)溫(Tjmax)的70%~80%下工作，將享有很高的可靠性。對(duì)半導(dǎo)體來說，Tjmax通常保證為+150℃或+175℃。根據(jù)這些數(shù)字，半導(dǎo)體器件的結(jié)溫應(yīng)該分別維持在低于+120℃和+135℃的水平。按照這個(gè)設(shè)計(jì)規(guī)則保持結(jié)溫處于較低水平，將可大大地提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
IGBT制造商通過內(nèi)部測(cè)試為IGBT制定了熱指針或降額曲線，這些測(cè)試通常是用風(fēng)洞系統(tǒng)協(xié)助進(jìn)行，以確定在不同對(duì)流條件下IGBT的熱性能。因IGBT制造商都是按照自己的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。而這些標(biāo)準(zhǔn)往往受到現(xiàn)有的測(cè)試設(shè)備、測(cè)試費(fèi)用以及許多其他因素所影響。這些變量意味著IGBT的降額曲線會(huì)造成誤導(dǎo)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)考慮到這些內(nèi)部測(cè)試的結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)帶來的影響。
1)降額曲線。風(fēng)洞有多種不同的形狀和尺寸，加上IGBT可以放置在風(fēng)洞的不同位置，這些都會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。究竟是風(fēng)洞強(qiáng)迫空氣流過IGBT，還是空氣可自由流過IGBT的四周，若氣流系統(tǒng)龐大，足以讓氣流在IGBT的四周流動(dòng)，這與漏斗式風(fēng)洞不同。漏斗式風(fēng)洞強(qiáng)迫空氣直接吹到IGBT上面，由于大多數(shù)的應(yīng)用并不是采用漏斗式或強(qiáng)迫式氣流，因此非漏斗式測(cè)試程序?qū)⒖傻玫阶罘€(wěn)健的結(jié)果。
氣流的測(cè)量也是很重要的，氣流應(yīng)是利用熱線風(fēng)速表直接測(cè)量IGBT前的氣流，以保證流量的準(zhǔn)確度。利用氣流系統(tǒng)的層流，是比較保守穩(wěn)健的方法，會(huì)獲得較佳的測(cè)試結(jié)果。降額曲線是根據(jù)在最壞的方向進(jìn)行，確保在任何方向下IGBT工作都不受影響。
在測(cè)試過程中溫度穩(wěn)定的時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)量的結(jié)果越準(zhǔn)確，基于這個(gè)方法，測(cè)馕勝蹦閣90保證溫度的穩(wěn)定性，雖然實(shí)際測(cè)試的時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些，而準(zhǔn)確性是預(yù)備熱降額曲線最重要的一環(huán)。為了確保對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行及可靠性起著關(guān)鍵作用的組件獲得最佳性能，在特殊應(yīng)用的系統(tǒng)中要對(duì)IGBT的測(cè)試進(jìn)行個(gè)別比較。
2)發(fā)熱圖像。確定熱性能的另一個(gè)方法，就是利用發(fā)熱圖像，即是使用紅外攝影機(jī)來測(cè)量溫度。這對(duì)于確定正確溫度非常有效，但是，設(shè)計(jì)人員必須要深入研究有關(guān)IGBT的方向、氣流的類型、穩(wěn)定時(shí)間有多長(zhǎng)等。比較熱數(shù)據(jù)的最佳方法，是將不同的IGBT并排起來作紅外掃描（包括不同方向和測(cè)試板）。
在比較IGBT的可靠性指標(biāo)時(shí)，首先要明了這些指標(biāo)是在什么假定和情況下得到的?？煽啃耘c熱性能及工作溫度的關(guān)系十分密切。工作溫度每上升10℃，故障率就增大一倍。在典型的系統(tǒng)中，MTBF（無故障平均時(shí)間）的計(jì)算是非常有意義的，但由于受到機(jī)柜內(nèi)其他組件所產(chǎn)生熱量的影響，IGBT附近空氣的溫度一般在55℃左右。這就需要在設(shè)計(jì)中選用的IGBT必須能夠在溫度上升時(shí)提供最高效率；需要最少的散熱；在底板（基板）中溫度上升的幅度最少。
2．IGBT的散熱設(shè)計(jì)
由于IGBT是大功率半導(dǎo)體器件，損耗功率使其發(fā)熱較多（尤其是Rg選擇偏大時(shí)），加之IGBT的結(jié)溫不能超過125℃，不宜長(zhǎng)期工作在較高溫度下，因此要采取恰當(dāng)?shù)纳岽胧┻M(jìn)行過熱保護(hù)。散熱一般是采用散熱器（包括普通散熱器與熱管散熱器），并可進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷。
IGBT模塊有既定的可容許最大結(jié)溫(Tj)，需要進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)，使其控制在這個(gè)溫度以下。進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)時(shí)，吾先要計(jì)算出元件發(fā)生的損耗值，以這個(gè)損耗值為基礎(chǔ)，選擇能夠控在容許溫度以下的散熱片。散熱設(shè)計(jì)不充分將可能導(dǎo)致在實(shí)際工作情況下超出元器件的容許溫度而損壞元器件。
一般情況下流過IGBT的電流較大，開關(guān)頻率較高，導(dǎo)致IGBT器件的損耗也比較大，如果熱量不能及時(shí)散掉，使得器件的結(jié)溫Tj超過Tjmax，則IGBT可能損壞。IGBT過熱的原因可能是驅(qū)動(dòng)波形不好或電流過大或開關(guān)頻率太高，也可能由于散熱狀況不良。IGBT過熱保護(hù)是利用溫度傳感器檢測(cè)IGBT的散熱器溫度，當(dāng)超過允許溫度時(shí)使主電路停止工作。
在進(jìn)行熱設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要保證其在正常工作時(shí)能夠充分散熱，而且還要保證其在發(fā)生短時(shí)過載時(shí)，為了使IGBT安全工作，必須確保結(jié)溫Tj不超過Tjmax。當(dāng)然，不僅在額定負(fù)荷的范圍內(nèi)時(shí)需要確保，在超負(fù)荷等異常情況下，也必須控制在Tjmax以下。因此，進(jìn)行熱設(shè)計(jì)時(shí)要保證有充分余量。在電路熱設(shè)計(jì)中由于受設(shè)備的體積和重量等的限制以及性價(jià)比的考慮，散熱系統(tǒng)也不可能無限制地?cái)U(kuò)大。對(duì)此可在靠近IGBT處加裝一溫度檢測(cè)元件，實(shí)時(shí)檢測(cè)IGBT的工作溫度。當(dāng)檢測(cè)的溫度超過溫度設(shè)定值時(shí)，由控制單元切斷IGBT的輸入，保護(hù)IGBT的安全。
由于IGBT自身有一定的功耗，導(dǎo)致IGBT本身發(fā)熱。在一定外殼散熱條件下，IGBT存在一定的溫升（即殼溫與環(huán)境溫度的差異），而IGBT外殼散熱表面積的大小直接影響溫升。對(duì)于溫度較高的地方須將IGBT降額使用以減小IGBT的功耗，從而減小溫升，保證外殼不超過極限值。
IGBT在運(yùn)行時(shí)由于內(nèi)部功率消耗都將產(chǎn)生一些熱量，在每一應(yīng)用中都有必要限制這種“自身發(fā)熱”，使IGBT外殼溫度不超過指定的最大值。絕大多數(shù)IGBT生產(chǎn)商都以產(chǎn)品的功率密度作為水準(zhǔn)，衡量產(chǎn)品的有效性。了解功率密度定義的條件是非常重要的。如果不能在規(guī)定的最大的環(huán)境溫度范圍內(nèi)使用IGBT，就有可能達(dá)不到參數(shù)中的最大輸出功率。IGBT可用的平均輸出功率就是可用的功率密度，IGBT的功率密度取決于下列因素：
1)要求的輸出功率。要求的輸出功率是應(yīng)用需要的最大平均功率。
2)熱阻抗。熱阻抗的定義是功率消耗產(chǎn)生的溫升，熱阻抗通常用℃/W表示。
3)外殼最高工作溫度。所有IGBT都規(guī)定了外殼最高工作溫度。該溫度是指IGBT內(nèi)部的元件工作時(shí)所能承受的最高溫度，為保持IGBT的可靠性，應(yīng)工作在最高溫度以下。
4)工作環(huán)境溫度。指在IGBT工作時(shí)周圍環(huán)境的最差的環(huán)境溫度。
IGBT件在工作時(shí)，若發(fā)熱量太大，且又來不及向周圍媒質(zhì)消散，IGBT就會(huì)因超過其正常工作的保證溫度而失效。因此，選配合適的散熱器，是元件可靠工作的重要條件之一。在IGBT的熱設(shè)計(jì)中所需的主要參數(shù)有下面幾個(gè)。
1) IGBT的工作結(jié)溫Tj。即元件允許的最高工作溫度極限，本參數(shù)由制造廠提供，或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制給出要求。
2) IGBT的損耗功率PZ。元件在工作時(shí)自身產(chǎn)生的平均穩(wěn)態(tài)功率消耗，定義為平均有效值輸出電流與平均有效值電壓降的乘積。
3) IGBT的耗散功率Q。特定散熱結(jié)構(gòu)的散熱能力。
4) IGBT的熱阻R。熱量在媒質(zhì)之間傳遞時(shí)，單位功耗所產(chǎn)生的溫升。
IGBT的散熱設(shè)計(jì)取決于IGBT所允許的最高結(jié)溫（Tj），在該溫度下，首先要計(jì)算出器件產(chǎn)生的損耗，按該損耗使結(jié)溫升至允許值以下來選擇散熱片。在散熱設(shè)計(jì)不充分的場(chǎng)合，實(shí)際運(yùn)行在中等水平時(shí)，也有可能超過功率器件允許溫度而導(dǎo)致器件損壞。
為了選出最佳的散熱器，上述各參數(shù)需要相互配合。為了使管殼、散熱器的熱阻接近參數(shù)表給出的數(shù)值，安裝中應(yīng)按功率模塊的規(guī)定值進(jìn)行，安裝力矩過大，往往損壞管芯，安裝力矩過小，散熱性能較差。配置散熱器的目的是必須保證它能將元件的熱損耗有效地傳導(dǎo)至周圍環(huán)境，并使其熱源（結(jié)點(diǎn)）的溫度不超過Tj。設(shè)環(huán)境溫度為Ta。用公式表示為
P＜Q=(Tj—Ta）/R (1）
式中，P為功率器件的損耗功率，功率器件在工作時(shí)自身產(chǎn)生的平均穩(wěn)態(tài)功率消耗，定義為平均有效值輸出電流與平均有效值電壓降的乘積。Q為耗散功率，特定散熱結(jié)構(gòu)的散熱能力。21為元件工作結(jié)溫，即元件允許的最高工作溫度極限。本參數(shù)由制造廠提供，或產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制給出要求。Ta為環(huán)境溫度；R為熱阻，熱量在媒質(zhì)之間傳遞時(shí)，單位功耗所產(chǎn)生的溫升。 R=△T/Q （2）
而熱阻尺又主要由三部分組成： R=Rjc+Rcs+Rsa （3）
式中，Rjc為結(jié)點(diǎn)至管殼的熱阻；Rjc與IGBT的工藝水平和結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，由制造商給出。Rcs為管殼至散熱器的熱阻；Rcs與管殼和散熱器之間的填隙介質(zhì)（通常為空氣）、接觸面的粗糙度、平面度以及安裝的壓力等密切相關(guān)。介質(zhì)的導(dǎo)熱性能越好，或者接觸越緊密，則Rcs越小。Rsa為散熱器至空氣的熱阻；Rsa是散熱器選擇的重要參數(shù)。它與材質(zhì)、材料的形狀和表面積、體積、以及空氣流速等參量有關(guān)。
綜合（1）和（3）可得 Rsa＜[(Tj—Ta)/P]—Rjc—Rcs (4)
式(4)為散熱器選配的基本原則，一般散熱器廠商提供特定散熱器材料的形狀參數(shù)和熱阻特性曲線，據(jù)此設(shè)計(jì)人員可計(jì)算出所需散熱器的表面積、長(zhǎng)度、重量，并進(jìn)—步求得散熱器的熱阻值Rsa。
在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)留出足夠余量，因?yàn)樘峁?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、由功率器件到散熱器的安裝狀況、散熱器表面的空氣對(duì)流狀態(tài)、熱量的非穩(wěn)態(tài)分布等，都是非理想化的因素，應(yīng)將這些因素考慮到設(shè)計(jì)中。
另外，散熱器表面向空氣的熱輻射，也是一種熱耗散方式。在自冷設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的陽極氧化發(fā)黑和打毛處理工藝，即是增加熱輻射的有效辦法。但該辦法明顯不適用要求強(qiáng)迫風(fēng)冷的以對(duì)流傳導(dǎo)為主要方式的熱設(shè)計(jì)，因?yàn)樯崞鞅砻嬖焦饬羷t熱阻越低，這是在設(shè)計(jì)中要特別注意的。
3．熱設(shè)計(jì)中常用的幾種方法
為了將發(fā)熱器件的熱量盡快地發(fā)散出去，一般從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：使用散熱器、冷卻風(fēng)扇、金屬PCB、散熱膏等，在實(shí)際設(shè)計(jì)中要針對(duì)產(chǎn)品的要求及最佳性價(jià)比，合理地將上述幾種方法綜合運(yùn)用到功率器件的熱設(shè)計(jì)中。
4．功率模塊的散熱器設(shè)計(jì)
由于功率模塊所產(chǎn)生的熱量在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，其熱量主要來源于功率模塊的開通、關(guān)斷及導(dǎo)通損耗。從電路拓?fù)浞绞缴蟻碇v，采用零開關(guān)變換拓?fù)浞绞绞闺娐分械碾妷夯螂娏髟谶^零時(shí)開通或關(guān)斷，可最大限度地減少開關(guān)損耗-匿匠無法徹預(yù)瀑頭婦于關(guān)管的損耗，故利用散熱器是常用及主要的方法。
(1)散熱器的熱阻模型
由于散熱器是功率模塊散熱的重要部件，它的散熱繃嘲高與低關(guān)系到功率模的工作性能。散熱器通常采用銅或鋁，雖然銅的熱導(dǎo)率比鋁高2倍，但其價(jià)格比鋁高得多，故目前采用鋁材料的情況較為普遍。通常來講，散熱器的表面積越大散熱效果越好。散熱器的熱阻模型及等效電路如圖1和圖2所示，半導(dǎo)體結(jié)溫公式如下式：
圖1 散熱器熱阻模型
圖2 熱阻模型等效電路
Pcmax(ta)=(tjmax~ta)/θj-a （5）
Pcmax(tc)=(tjmax~tc)/θj-c （6）
式中，Pcmax(ta)為功率模塊在環(huán)境溫度為ta時(shí)的額定最大損耗；Pcmax(tc)為功率模塊在預(yù)定的工作環(huán)境溫度tc時(shí)的額定最大損耗；tjmax：為功率模塊最大允許結(jié)溫；ta為環(huán)境溫度；tc為預(yù)定的工作環(huán)境溫度。θj-a為環(huán)境溫度為ta時(shí)的全熱阻；θj-c為預(yù)定的工作環(huán)境溫度tc時(shí)的全熱阻。
在圖2中θs為絕緣墊熱阻抗；θc為接觸熱阻抗（半導(dǎo)體和散熱器的接觸部分）；θf為散熱器的熱阻抗（散熱器與空氣）；θi為內(nèi)部熱阻抗（PN結(jié)接合部與外殼封裝）；θb為外部熱阻抗（外殼封裝與空氣）。根據(jù)圖2所示的熱阻等效回路，全熱阻可寫為 θj-a=θi+[θb×(θs+θc+θf)]/(θb+θs+θc+θf) （7）
又因?yàn)棣萣比θs+θc+θf大很多，故可近似為： θj-a=θi+θs+θc+θf (8)
(2)熱阻定義
1) PN結(jié)與外部封裝間的熱阻抗（又叫內(nèi)部熱阻抗）θi與半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)、所用材料、外部封裝內(nèi)的填充物直接相關(guān)，每種半導(dǎo)體都有自身固有的熱阻抗。
2) 接觸熱阻抗θc是由半導(dǎo)體、封裝形式和散熱器的接觸面狀態(tài)所決定，接觸面的平坦度、粗糙度、接觸面積、安裝方式都會(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響。當(dāng)接觸面不平整、不光滑或接觸面緊固力不足時(shí)就會(huì)增大接觸熱阻抗θc。在半導(dǎo)體和散熱器之間涂上硅油可以增大接觸面積，排除接觸面之間的空氣，而硅油本身又有良好的導(dǎo)熱性，可降低接觸熱阻抗θc。
當(dāng)前有一種新型的相變材料，可取代硅油作為傳熱介面，在65℃（相變溫度）時(shí)從固體變?yōu)榱黧w，從而確保界面的完全潤(rùn)濕，該材料的觸變特性避免其流到介面外。其傳熱效果與硅油相當(dāng)，但沒有硅油帶來的污垢、環(huán)境污染和難于操作等缺點(diǎn)。用于不需要電氣絕緣的場(chǎng)合。典型應(yīng)用包括CPU散熱片，功率模塊或其他任何使用硅油的場(chǎng)合，它可涂布在鋁質(zhì)基材的兩面，可單面附膠，雙面附膠或不附膠。
3) 絕緣墊熱阻抗θs。絕緣墊是用于半導(dǎo)體器件和散熱器之間的絕緣體，絕緣墊的熱阻抗θs取決于絕緣材料的材質(zhì)、厚度、面積。幾種常用半導(dǎo)體封裝形式的θs+θc見表1。 表1 常用半導(dǎo)體封裝形式的θs+θc
封裝
絕緣墊 Θs+θc/℃/W
硅油
有 無
TO~3 無 0.1 0.3
有(50~100μm) 0.5~0.7 1.2~1.5
TO~66 無 0.15~0.2 0.4~0.5
有(50~100μm) 0.6~0.8 1.5~2.0
TO~220AB 無 0.3~0.5 1.5~2.0
有(50~100μm) 2.0~2.5 4.0~6.0
TO~3P 無 0.1~0.2 0.5~0.9
有(50~100μm) 0.5~0.8 2.0~3.0
4) 散熱器熱阻抗θf。散熱器熱阻抗θf與散熱器的表面積、表面處理方式、散熱器表面空氣的風(fēng)速、散熱器與周圍的溫度差有關(guān)。因此一般都會(huì)設(shè)法增強(qiáng)散熱器的散熱效果，主要的方法有增加散熱器的表面積、設(shè)計(jì)合理的散熱風(fēng)道、增強(qiáng)散熱器表面的風(fēng)速。如果過于追求散熱器的表面積而使散熱器的齒指過于密集則會(huì)影響到空氣的對(duì)流，熱空氣不易流動(dòng)也會(huì)降低散熱效果。自然風(fēng)冷時(shí)散熱器的齒指間距應(yīng)適當(dāng)增大，選擇強(qiáng)制風(fēng)冷則可適當(dāng)減小齒指。散熱器表面積可按下式計(jì)算： S=0.86/(δt×α）m2 （9）
式中，δt為散熱器溫度與周圍環(huán)境溫度(ta)的差(℃)；α為熱傳導(dǎo)系數(shù)，是由空氣的物理性質(zhì)及空氣流速?zèng)Q定。α由下式?jīng)Q定。 α=nV×λ/L (10)
式中，λ為熱電導(dǎo)率，由空氣的物理性質(zhì)決定；L為散熱器高度(m)；nV為空氣流速系數(shù)，由下式?jīng)Q定。
（11）
式中，v為動(dòng)粘性系數(shù)(m2/S)；v’為散熱器表面的空氣流速(m/s)；Pr為系數(shù)，見表2。 表2 Pr系數(shù)
溫度t/℃ 動(dòng)粘性系數(shù)/（m2/s) 熱電導(dǎo)率（kcal/m.h.℃） Pr
0 0.138 0.027 0.72
20 0.156 0.0221 0.71
40 0.175 0.0234 0.71
60 0.196 0.0247 0.71
70 0.217 0.0260 O.70
100 0.230 O.0272 O.70
120 0.262 O.0285 0.70
5.冷卻方式的選擇
在實(shí)際工作中，采用普通散熱器與強(qiáng)迫風(fēng)冷相結(jié)合的措施，并在散熱器上安裝溫度開關(guān)。當(dāng)溫度達(dá)到75-80℃時(shí)，通過關(guān)閉信號(hào)停止對(duì)PMW發(fā)送控制信號(hào)，從而使驅(qū)動(dòng)器封鎖IGBT的開關(guān)輸出，并予以關(guān)斷保護(hù)。一個(gè)系統(tǒng)的冷卻方式對(duì)IGBT的選擇有非常大的影響。有些系統(tǒng)要求自然冷卻（簡(jiǎn)稱自冷），有些則可以接受風(fēng)扇冷卻（簡(jiǎn)稱風(fēng)冷）。在同樣功率、同等條件下，風(fēng)冷和自冷IGBT的最大區(qū)別在于外形大小及成本方面。西方大的公司傳統(tǒng)上選擇自然冷卻，這樣可得到較長(zhǎng)的產(chǎn)品壽命，明顯降低維護(hù)成本。
風(fēng)冷IGBT在成本和尺寸上的優(yōu)勢(shì)被它的缺點(diǎn)所抵消（如噪聲，灰塵，風(fēng)扇壽命和可靠性），但實(shí)際上這些缺點(diǎn)并不是最首要考慮的問題。一個(gè)外殼設(shè)計(jì)得極佳的自冷IGBT的可靠性比采用風(fēng)冷的IGBT要低得多，因?yàn)轱L(fēng)冷IGBT的冷卻與外殼設(shè)計(jì)無關(guān)。另外，風(fēng)冷產(chǎn)品的關(guān)鍵是半導(dǎo)體器件的溫度比自冷系統(tǒng)溫升更低，因而更可靠。
要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)壽命超過7年時(shí)，傳統(tǒng)上不采用風(fēng)扇。但是，如果允許定期更換風(fēng)扇，就有可能得到設(shè)計(jì)壽命更長(zhǎng)的風(fēng)冷系統(tǒng)。如果風(fēng)冷IGBT設(shè)計(jì)成具有風(fēng)扇性能監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)易于更換風(fēng)扇的特性，則允許系統(tǒng)以低成本獲得高可靠性。除了風(fēng)冷和自冷技術(shù)外，另外兩種技術(shù)也越來越流行：外部系統(tǒng)冷卻和輔助冷卻。
在功率模塊的實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)過程中，通常采用自然風(fēng)冷與風(fēng)扇強(qiáng)制風(fēng)冷二種形式。自然風(fēng)冷的散熱片安裝時(shí)應(yīng)使散熱片的葉片豎直向上放置，若有可能則可在散熱片安裝位置的周圍鉆幾個(gè)通氣孔便于空氣的對(duì)流。
強(qiáng)制風(fēng)冷是利用風(fēng)扇強(qiáng)制空氣對(duì)流，冷卻是由間斷運(yùn)行的風(fēng)扇提供的。如果溫度過高或持續(xù)輸出大電流時(shí)，風(fēng)扇就會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。采用這種方式可以獲得很高的系統(tǒng)集成度，但需要經(jīng)常讓風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)并定期檢測(cè)其性能。所以在風(fēng)道的設(shè)計(jì)上同樣應(yīng)使散熱片的葉片軸向與風(fēng)扇的抽氣方向一致，為了有良好的通風(fēng)效果，越是散熱量大的功率模塊越應(yīng)靠近排氣風(fēng)扇，在有排氣風(fēng)扇的情況下，散熱片的熱阻見表3。 表3 散熱片的熱阻
風(fēng)速/(ft/s) 熱阻/(℃/W) 風(fēng)速/（ft/s) 熱阻(℃/W)
0 3.5 300 2.0
100 2.8 400 1.8
200 2.3
采用溫控風(fēng)扇的冷卻方法的優(yōu)點(diǎn)有：
1)風(fēng)扇間斷運(yùn)轉(zhuǎn)使得系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命比IGBT內(nèi)強(qiáng)制風(fēng)冷要長(zhǎng)。
2)在正常情況下IGBT的冷卻風(fēng)扇不轉(zhuǎn)。
3)由于風(fēng)扇間斷運(yùn)行，灰塵和噪聲問題也大大緩解。
表4給出了各種冷卻方式下的典型功率密度。 表4 各種冷卻方式下的典型功率密度
冷卻方式 相對(duì)功率密度 冷卻方式 相對(duì)功率密度
自然冷卻 1.00 系統(tǒng)風(fēng)冷 1.5~2
強(qiáng)制風(fēng)冷 2~2.5 輔助風(fēng)冷 1.3~1.7
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