集成压电微泵一体式热沉设计及性能研究

发布时间：2020-06-17 08:44

【摘要】：近年来,电子器件朝着高功率、微型化方向发展,其散热问题成为制约尖端电子科技行业发展的瓶颈。在众多热控技术中,环路液冷热控技术,具有高效稳定的优点,在电子器件的热控中发挥着重要的作用。然而,该热控技术在应用中受到系统部件多、空间占用大、驱动部件复杂等缺点的限制,系统微型化尤为重要。本文基于环路液冷系统微型化的目的,设计制造了集成压电微泵一体式热沉,测试优化了驱动性能和热控性能,并在大功率LED热控中应用。本文主要工作及结论如下:(1)提出微型热沉和压电微泵共用腔体的概念,根据两者的结构特点,设计制造了集成压电微泵一体式热沉,建立了驱动性能计算公式,设置了不同弹性元件压缩量和腔体换热结构。(2)设计搭建一体式热沉的驱动性能测试平台,实验研究了驱动参数和结构参数对一体式热沉空载流量和输出泵压的影响,驱动参数包括驱动频率和驱动电压,结构参数包括弹性元件压缩量和腔体换热结构。结果表明,一体式热沉的空载流量均在15Hz、45Hz分别达到最大值和第二大值,频率段10~20Hz和40~50Hz为最优驱动频率段;一体式热沉的空载流量和输出泵压均随驱动电压线性增大,在驱动电压最大允许值300V_(pp)时,流量和泵压均达到最大。一体式热沉在弹性元件厚度压缩至1.8mm时,具有最佳的驱动性能;腔体强化换热结构会导致流量和泵压下降,腔体内无强化换热结构的基本型一体式热沉具有最佳的驱动性能。(3)设计搭建一体式热沉的热控性能测试系统,对一体式热沉的热控性能进行研究,测试优化驱动参数、入口温度、腔体换热结构等因素。结果表明,一体式热沉在驱动电压为300V_(pp)、驱动频率为10Hz时具有最佳的热控性能;入口温度会影响一体式热沉的壁面温度,对壁面温升量和热控性能没有影响;翅片高度较大有利于提高热控性能,侧壁内凹翅片易引起流量大幅下降,不利于提高热控性能。翅片高度为5mm的直翅片一体式热沉在300V_(pp)、10Hz时可获得最佳的热控性能。(4)设计搭建LED热控测试系统,将优化后一体式热沉在大功率LED器件的热控中应用,并设置热管翅片热沉对照组。结果表明,一体式热沉具有小体积优势,在稳态热控时,可降低LED温度1.7~3.9℃,提高LED照度2.59%~9.52%,在多周期间断工作瞬态热控时,一体式热沉具备更快的瞬态响应速度,可40秒内快速达到温度稳态,且不易于形成热积累。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH38
【图文】：

热管,工作原理,蒸发段,工质

第一章绪论,14]、平板热管[15,16]和脉动热管[17,18]，但其工作原理均基本一致。热管散热理如图 1-1 所示。热管分为蒸发段、绝热段、冷凝段，热源装配于蒸发段内处于真空状态下，沸点极低，工质在蒸发段蒸发吸热，蒸汽工质交热量并在冷凝段冷凝，释放热量。而后冷凝后的工质，在毛细力的作用下回流成一个工质循环，周而复始将大量热量从蒸发段带到冷凝段。由于热管以式进行热量传导，所以热管的传热系数可到常用固态材料的几百倍甚至纯铜的传热系数为 401W/(m·℃)，而热管的传热系数可达到 105W/(m·℃)

半导体制冷,热控系统

图 1-2 基于热管的多翅片风冷热沉冷散热技术热技术是基于半导体器件的帕尔贴效应提出来的。体制冷片的两端分别实现放热和吸热，在热控系统热量传输，从而实现热控作用，原理如图 1-3 所示ED 车灯的半导体制冷装置，并实验探究了不同强。研究结果表明，在该装置的作用下，LED 芯片的动电流，甚至可以将 LED 芯片的温度控制在低于冷设计的热控系统，结构紧凑，依靠电能的消耗可应用也存在一些不足，目前半导体制冷技术的电统的能耗较大，限制了其应用的场景。

【参考文献】