逆变器的可靠性之热设计上

现在是寒冬季节，很多人都在担心逆变器能不能挨冻，实际上，很少有逆变器有被冻坏的，逆变器最重要的问题是热的问题，通过世界上著名调查BCC报告，目前大部分电子产品失效的55%的原因是由于散热做得不好，电子器件工作的可靠性对温度却十分敏感，器件温度在70-80度水平上每增加1度，可靠性就会下降5%。温度过高将会使逆变器的寿命缩短，机器可靠性降低。

散热系统占了逆变器硬成本的10%左右。主要包括散热器，冷却风扇，导热硅脂等材料。目前逆变器散热方式主要有两种：一是自然散热，二是强制风冷。

《一》    自然散热

自然散热的冷却方法是指不使用任何外部辅助能量的情况下，实现局部发热器件向周围环境散热达到温度控制的目的，这其中通常都包含了导热、对流和辐射三种主要传热方式，其中对流以自然对流方式为主，自然散热或冷却往往适用对温度控制要求不高、器件发热的热流密度不大的低功耗器件和部件，以及密封或密集组装的器件不宜（或不需要）采用其它冷却技术的情况下。目前单相逆变器和30kW以下的三相逆变器，大部分厂家都可以实现自然散热，少部分厂家100kW的三相逆变器也可以实现自然散热。

《二》    强制散热

强制散热的冷却方法主要是借助于风扇等强迫器件周边空气流动，从而将器件散发出的热量带走的一种方法。这种方法是一种操作简便、收效明显的散热方法。如果部件内元器件之间的空间适合空气流动或适于安装局部散热器，就可尽量使用这种冷却方法。提高这种强迫对流传热能力的方法，增大散热面积和在散热表面产生比较大的强迫对流传热系数。增大散热器表面的散热面积来增强电子元器件的散热，在实际工程中得到了非常广泛的应用。工程中主要是采用肋片来扩展散热器表面的散热面积以达到强化传热的目的。散热器本身材料的选择跟其散热性能有着直接的关系。目前，散热器的材料主要是用铜或铝，其扩展换热面经折叠鳍/冲压薄鳍等工艺制成。

《三》    对比

自然散热没有风扇，噪声低，但散热速度慢，一般用于小功率的逆变器，强制风冷要配置风扇，噪声大，但散热速度快，一般用于大功率的逆变器，在中功率的组串式逆变器，两种方式都有。通过组串式逆变器散热能力对比实验发现，50kW功率等级以上的组串式逆变器，强制风冷的散热效果要优于自然冷却散热方式，逆变器内部电容、IGBT等关键部件温升降低了20℃左右，可确保逆变器长寿命高效工作，而采用自然冷却方式的逆变器温升高，元器件寿命降低。强制风冷也有采用高速风扇和中速风扇两种，采用高速风扇可以减少散热器的体积和重量，但会增加噪声，风扇寿命也比较短，采用中等调速风扇，散热器稍微大一些，但是在低功率时，风扇不转，在中功率时风扇低速运行，实际是逆变器满功率运行时间不是很多，因此风扇的寿命可以很长。

《四》   热管散热

在电子器件的热设计中，常常因为电路板空间十分有限，需要将电子器件所散发出的热量传递到另外一个地方集中或更高效地向环境散热。随着电子电路集成化程度越来越高，各种大功率电子器件容量的逐渐增加，电子器件或装置物理尺寸越来越小，这就要求散热装置本身必须具有良好的散热条件。同时，散热装置的布置和设计遇到的约束也越来越严重。铝板的受热就受到了限制，热管散热器在这方面有着无可厚非的优势，与铝板散热器相比，其不但重量可减轻50%，而且还可以节省60%的有用空间。铝的导热系数在200左右，而铜是在400左右，热管的导热系数是在2万。热管的导热系数是铜的50倍。目前IGBT的热流密度在集中，需要把集中的热分散开来是非常关键的。热管由于具有极高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、流动方向的可逆性、恒温特性（可控热管）和良好的环境适应性等优点，已经在电气设备、电子元器件冷却、半导体元件以及大规模集成电路板等场合的温度控制中得到了广泛的应用，它在大多数情况下可以满足电子电气设备对散热装置紧凑、可靠、控制灵活、高散热效率等要求。