IGBT の熱を放散するのは難しいですか?新しいTEC熱電冷却ソリューションが徐々に従来の冷却ソリューションに取って代わりつつある
みなさんこんにちは。今日は主に、新エネルギー分野における非常に重要でありながら見落とされがちなトピック、IGBT モジュールの放熱の問題についてお話します。国務院が発表した「中国製造2025」では、「新エネルギー、スマートグリッドなどの分野の発展を推進し、高出力パワーエレクトロニクスデバイスなどの主要技術で飛躍的な進歩を遂げなければならない」と明確に指摘されている。太陽光発電インバータ、電気自動車の電子制御システム、産業用電源など、さまざまな電力電子機器の中核部品である IGBT (絶縁ゲートバイポーラトランジスタ) の性能は、熱放散の良し悪しによって大きく左右されます。では、現在 IGBT モジュールの主流の放熱方法は何でしょうか?もっと良い代替案はあるでしょうか?引き続き下を見ていきましょう。
▲IGBT（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）
従来の IGBT の放熱方法は何ですか?
1. 自然冷却
低電力 IGBT モジュールの場合、自然冷却が一般的な放熱方法です。この方法では通常、アルミニウムまたは銅のヒートシンクを取り付けることで表面積を増やし、放熱効率を高め、モジュール表面からの自然な空気対流と熱放射を利用して周囲の環境に直接熱を放出します。しかし、この放熱方法は効率が低く、周囲温度の影響を大きく受けるため、高出力 IGBT モジュールのアプリケーション要件には適していません。
2. 強制空冷
高出力 IGBT モジュールの場合、強制空冷を使用することが多いです。つまり、ヒートシンクのベースにファンを設置し、空気の流れを加速して対流熱交換を強化します。しかし、この放熱方法は埃がたまりやすく、放熱効率に影響を与え、局所的なホットスポットに対する放熱能力にも限界があります。
3. 液体冷却とヒートパイプ冷却
一部の特殊な IGBT パワー モジュールでは、放熱のために液体冷却またはヒート パイプが必要です。しかし、この方法は多くのスペースを占有するため、小型の太陽光発電インバータには適していません。さらに、液体冷却システムには漏れの危険性があり、モジュールが損傷し、全体的な動作安全性に影響を及ぼす可能性があります。
これらの従来の放熱方法にはそれぞれ利点がありますが、IGBT の高出力、高性能、および省スペース設計の要件を同時に満たすことはできません。
新世代IGBT冷却方式- 熱電冷却システム
従来の放熱方法には適用上の制限があるため、より理想的な代替手段はありますか?答えは「はい」です。統合型 TEC 熱電冷却システムは、新世代の IGBT 放熱の一般的な選択肢になりつつあります。このシステムの中核となるのは、IGBT チップの下に配置され、最初に発生した熱を吸収する熱電冷却モジュール (TEC) です。熱は熱伝導体と相変化材料を通じて層ごとに伝導され、最終的に外部環境に効率的に放出されます。プロセス全体を通してコンプレッサーやファンは必要なく、液体も使用されません。コンパクトな構造と高い信頼性を誇ります。
▲ IGBTモジュール一体型TEC冷却システム
1-IGBT パワーモジュールチップ。 2-テック; 3相変化材料。 4ヒートシンク
1. 高度に統合された設計
TEC モジュールと相変化材料の組み合わせにより、限られたスペースで効率的な放熱経路が実現され、これは IGBT の小型化の現在のトレンドと一致しています。
2. 複数のモジュールが熱伝導層を共有する
相変化材料の面積が大きい場合、複数のTECモジュールを同じ熱伝導体上に配置してアレイ放熱構造を形成し、さらにスペースを節約することができます。
3. より柔軟な構成
TEC モジュールは複数の独立した領域に分割でき、必要に応じてアクティブ化できます。これにより、エネルギー節約とパフォーマンス要件の両方を考慮しながら、実際の負荷状況に基づいた柔軟な調整が可能になります。
TEC冷却と従来の冷却方法の違い
表からわかるように、従来の放熱方法 (空冷に代表される) では、効率、体積、騒音の面で高まる高性能の要求を満たすことができなくなっています。熱電冷却技術が成熟するにつれ、IGBT の新しい冷却ソリューションとしての統合型 TEC 冷却は、正確な温度制御、コンパクトな構造、騒音がないなどの利点により、ますます多くのユーザーの第一の選択肢になりつつあります。
今後も、FerroTec は TEC 技術と製品形態を拡大し、IGBT 放熱のより革新的な可能性を提供していきます。新エネルギー、パワーエレクトロニクス、オートメーションの分野で働いている方は、ぜひ当社をフォローして、熱管理の新しい方向性を一緒に模索してください。
