GB T 8446.2-2004 电力半导体器件用散热器 第2部分;热阻和流阻测试方法.pdf

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1、GB/T 8446. 2-2004 前-自GB/T 8446(电力半导体器件用散热器分为三个部分:一一第1部分2铸造类系列;一一第2部分2热阻和流阻测试方法;第3部分:绝缘件和紧固件。本部分为GB/T8446的第2部分。本部分代替GB/T8446. 2一1987(电力半导体器件用散热器热阻和流阻测试方法儿本部分与GB/T8446. 2-1987相比主要变化如下z标准的结构和编写规则变化较大，前版(1987年版)依据的是GB/T1. 1-1981，本版(本部分)依据的是GB/T1. 1-2000; 主体内容增加了前言和范围一章;前版第1章和第4章(本版第2章和第5章)的标题原理和测量分别改为原理

2、和加热电流和测量和计算气热阻测试的加热电流提供方法前版规定为模拟法，本版规定为直流法(1987版的第l章;本版的第2章); 在本版第2章中，增加了加热电流的直流法和动态法的文字陈述和计算功率的公式;增加了计算平板形散热器热阻的近似公式(见本版5.4的公式(9);测量进风温度、风速和压差计的进风端橡皮管连接位置，由原距被视散热器中心截面300mm 处改为距被测散热器前缘300mm处(1987年版的2.1和图1;本版的3.2和图1);一一文字处理和编辑方面变化也较大，如措词本标准改为本部分;原第1章(现第2章)无条的层次，现设条的层次并有条号和标题;原第2章、第3章和第4章(现第35章)的条层次都

3、未设标题，现为醒目统一均设了标题;原标准封面左上角的国际文献分类号CUDC)现改为国际标准分类号OCS)。GB/T 8446是电力半导体器件用各类散热器标准和散热器选用导则构成的系列标准之一。该系列标准还包括:1B/T 5781 电力半导体器件用型材散热器技术条件1B/T 8175 电力半导体器件用型材散热体外形尺寸1B/T 8757 电力半导体器件用热管散热器1B/T 9684 电力半导体器件用散热器选用导则本部分由中国电器工业协会提出。本部分由西安电力电子技术研究所归口。本部分起草单位:江阴可控硅附件有限公司、温州市祥博电力电子有限公司、盐城彩阳电器阀门有限公司、襄樊仪表元件厂、北京协利电

4、子器件厂、北京恒太谷科技有限公司、西安电力电子技术研究所。本部分主要起草人:夏献忠、夏波涛、桑春、刘树华、陈振云、陆正柏、秦贤满。本部分于1987年12月首次发布为GB/T8446. 2-1987。m GB/T 8446. 2-2004 电力半导体器件用第2部分:热阻和流阻测试方法1 范围GB/T 8446的本部分给出了测试散热器热阻和流阻的原理，规定了风冷、自冷和水冷散热器的测试系统要求，测试条件和基本测量程序。本部分适用于电力半导体器件用铸造类(包括挤压散热器、型材类散热器和热管类散热器的热阻和流阻的测试。2 原理和加热电流2. 1 原理散热器热阻是散热器散出半导体器件管芯热量的能力的量度

5、，其值定义为:在热平衡时，散热器台面上规定点温度对冷却介质规定点温度之差与产生这两点温度差的耗散功率之比，见公式。)。. ( 1 ) 式中zR. 散热器热阻，单位为摄氏度每瓦(C/W); P 测试热阻的加热电流产生的功率，单位为瓦(W);T电一一散热器台面上规定点温度，单位为摄氏度CC); T, 冷却介质(水或空气)进口规定点温度，单位为摄氏度CC)。注2对于风冷或自冷散热器的测试，符号T，通常用T.代替。对于单侧散热的螺栓形散热器的热阻，或双侧散热的平板形散热器的阴极侧或阳极侧的分热阻，可直接用(1)式测量和计算得到。此时，平板形散热器的热阻应由其两个分热阻的并联按(2)式计算得出。两个分热

6、阻按(3)式和(4)式得出。口.RRsa =一-一一一一一-L.HH.( 2 ) Rsa(K)十Rsa(A)式中2RS8.(K)一一一平板形散热器阴极侧热阻，单位为摄氏度每瓦(C/W);Rsa(A) 平板形散热器阳极侧热阻，单位为摄氏度每瓦(C/W)。r T一一-ku-P -T一K 且ER R . ( 3 ) 式中zTs(K) 平板形散热器阴极侧台面温度，单位为摄氏度CC); PK一一平板形散热器阴极侧热流，单位为瓦(W)。R.(A , = T以ATrs(A -.丐一 A . ( 4 ) 式中2TA) 平板形散热器阳极侧台面温度，单位为摄氏度CC); PA一一平板形散热器阳极侧热流，单位为瓦(

7、W)。散热器流阻(t，.P)是在风道或水路系统中，散热器两端规定点的冷却流体的压力差，单位为帕(Pa)。GB/T 8446. 2-2004 流阻在风道中亦称风阻，在水路系统中亦称水阻。散热器流阻值测量直接由压差计读出(见图1)。2.2 加热电流散热器热阻测试的加热电流方法有直流法、动态法和模拟法等。本标准规定为直流法，其他方法经与本方法校核效果一致，也可以采用。测试热阻的准确性主要取决于加热电流产生的功率P和台面温度T抖测量的准确性。直流法是对器件施加直流电流而产生功率P的热阻测试方法，见(5)式。直流法计算P简单而准确，需有大电流直流电源设备。P = Y VT 式中:Ir-一作为加热电流的通

8、态直流电流，单位为安(A); VT一一通态直流电压，单位为伏(V)。( 5 ) 动态法是对器件施加正弦半波电流而产生功率P的热阻测试方法，见(的式。动态法的现实性很强，利用测试器件额定电流的全动态或半动态测试设备即可实现。P = V TO IT(Av)十产jJ(AV)式中2VTO 器件的门槛电压，单位为伏(V); InAv)一一一作为加热电流的通态平均电流，单位为安(A); f一一一波形因数，对于正弦波导通角180。的波形因数值为l.571; rT一一器件的斜率电阻，单位为欧姆(即。注z为减小军通角对P的影响，器件最好采用整流管，而不用品闸管。. ( 6 ) 模拟法是对模拟器件施加电流来产生功

9、率P的散热器热阻测试方法。模拟器件是实际管壳内封装满足欧姆定律的电阻元件管芯的器件，又称假元件。模拟法计算功率与上述直流法公式一样，也简单而准确，设备投资亦小，但模拟器件制作技术难度较大，特别是测量系统的直流电压一般都高达几十伏，热电偶引线的绝缘和测试系统处理不当对测试结果影响较大。3 测试系统要求和t昆明3. 1 测试系统通则风冷、自冷和水冷散热器测试系统中均包括加热电流单元、热电偶测试单元和测量进风或进水温度(T, )的温度计。加热电流单元中的安培表、伏特表或瓦特表的精度应为O.5级。测量散热器台商温度(T，)的热电偶，宣采用0.25mm直径的铜、康铜丝热端熔焊而成，焊球直径小子0.8mm

10、。在使用过程中要防止热电偶热端绞碰、短路，在风道里热电偶应置于散热器背凤端，并以足够细的塑料管掩蔽。热电偶冷端注意保持在oC。测量基准点温度(T，或T.)的温度计的精度应为士O.1 C 3.2 凤冷散热器测试系统风冷散热器的测试系统如图l所示。测试系统除应满足3.1要求外，风速计推荐采用QDF-2型或精度更高的风速计.测量风阻的压差计推荐采用DJM9补偿式微压表。压差计的两橡皮管分别套接于!lg被澳j散热器前缘和后缘均300mm处的风i主侧壁面上的金属管，金属管的内径不得大子百mm，并不得伸入风道内。温度计、风速汁(测量时)均置于被测散热器前缘300mm处的风道截画中心位置。3.3 自冷散热器

11、测试系统自冷散热器的测试系统除满足3.1要求外，主要由自冷环境箱构成。自冷环境箱的空间大小应足以保持距被测散热器四周200mm处温差不大于2C，空气自然对流形成的风速不大于0.5m/ s。被视散热器应悬挂于自冷环境箱空间中部，且散热器叶片顺上下空气自然对流方向。测量孔的位置在散Z 热器中心正下方200mm处。3.4 水冷散热器测试系统GB/T 8446. 2-2004 水冷散热器的测试系统除加热电流单元和热电偶测试单元外，主要由测量进水温度(T，)的温度计、测量水流量的流量计和测量水阻(P)的压差计组成。压差计风速计啥!I I热tp试温度F n r 11 11 计11 111 :H 11 11

12、 11 1111 111 T. r 1 、总-、吨。风300 300 D=lO mm土Zmm 圈1凤冷散热器的测试系统4 测试条件4. 1 加热功率的大小应在散热器温升与加热功率的线性关系范围内选取。4.2 敝热器与发热器件的安装力应符合有关器件产品标准的规定。4.3 做热器的冷却条件fTr 口/) A 测试风冷散热器时，风速为6m/s，进口风温度为实际环境空气温度;测试自冷散热器时，空气自然对流的风速不超过0.5m/s，规定点环境温度为实际环境空气温度;测试水冷散热器时，水流量为4 L/min，进口水规定点温度为35_OC。4.4 测量基准点温度的位置测量环境基准点温度T，或T.的位置应符合

13、第3章的有关规定。测量散热器上基准点温度T，的位置，应在发热器件管壳台面直径外或螺栓形管壳最大直径外2 mm处的散热器台面上的一个小孔，孔径为0.8mm，孔深为1mm。热电偶放入孔中，用锤尖拍打附近金属使热电偶与散热器台面坚实地接触，并注意热电偶引线的绝缘。5 测量和计算5. 1 测量的准备工作被测散热器采用规定的安装力或安装力矩组装上发热器件，按4.4的要求安装上热电偶后，景入风3 GB/T 8446. 2-2004 道或水路系统或自冷环境箱中的适当处，连接上加热电流单元和热电偶测试单元.将温度计、压差计等测量仪表的探头放至规定位置。校准测量叉的电位差计(仪表和风速计的零点.5.2 调整和组

14、.1冷却条件按4.3的要求进行。5.3 测量和记录中间参搬按4.1要求施加加热电流并稳定后，记录Ir(或IrAV)、VT(或VTO，rT)、T.(或T，)和T，(实际是热电偶的毫伏数)的数值，对于风、水冷还需记录流阻!:l.P的数值v5.4 计算P和R_按(5)式或(6)式计算Po被测散热器若是单侧散热的，如螺栓形散热器，其热阻民按(1)式计算即得1若是双侧散热的平板形散热器，原则上应先按(3)式和(4)式计算出R时K，和Rsa(削，再按(2)式计算所求的R8.0 只有当R，(K)=Rs以削，或满足TS= Ts阳和PK=PA时才有:儿=RK=tEM( 7 ) 军li:Rw = T，旦二主=主且二Lud-aaa-. . . . ( g ) w -P P 当PK和PA未知而不能计算R/I&(K)和R88(A)时，平板形散热器的(总)热阻R可采用近似公式(9)求得。R一(Ts(K)十T，A) /2 - T, H-P . (自4