冷却设备及其使用方法与流程

1.本公开涉及用于利用连续冷却介质冷却多个装置的技术。更具体地，本公开涉及用于优化电路的功率装置/叠堆的性能的冷却设备和方法。


背景技术：

2.在一些电路中，冷却在实现关键性能目标方面起着重要作用。此外，在一些电路中，在单个叠堆中可存在多半导体组件，这意味着冷却路径在叠堆的每个层之间共享。这种布置固有地影响冷却效率。例如，首先冷却一些装置，并且然后利用源自第一装置被冷却的区域的更热的冷却流体冷却其它装置。
3.在上面的示例中，在首先被冷却的装置之后冷却的装置将会热得多，因为冷却流体的温度相对于当冷却流体首先经过首先被冷却的装置旁边时冷却流体的温度升高。因此，这种低效的冷却可成为性能和寿命的瓶颈。具体地，其次被冷却的装置将经受较高的平均热应力，并且它们的性能可能相对于首先被冷却的装置更低，并且此外，它们的寿命相对于首先被冷却的装置更短。


技术实现要素：

4.本文刻画的实施例有助于解决或减轻上述问题以及本领域已知的其它问题。例如，实施例可包括一种用于冷却电路的冷却设备和方法。冷却设备可包括设置在第一位置处的第一散热器。第一散热器可被配置成冷却电路的第一区域或装置。第二散热器可在结构上不同于第一散热器，并且第二散热器可设置在第二位置处。第二位置可邻近第一位置。此外，第二散热器可被配置成冷却电路的第二区域。该设备可包括冷却流发生器，该冷却流发生器被配置成产生从第一位置连续地流到第二位置的冷却流体。冷却流体可被配置成经由第一散热器从第一区域提取热能，并且经由第二散热器从第二区域提取热能。
5.另一个实施例可包括一种冷却设备，该冷却设备包括成组的散热器，其热性能彼此不同。散热器可串联地(即，顺序地)设置。冷却设备的冷却流可包括流过散热器的流体，以便从上面的或下面的电路提取热能。每个散热器可在不同的热阻抗下从其对应的电路位置提取热能。
6.在又一实施例中，提供了一种用于冷却电路的方法。该方法可包括在第一位置处提供第一散热器，第一散热器可被配置成冷却电路的第一区域。该方法可还包括在第二位置处提供第二散热器。第二位置可不同于第一散热器。第二位置可邻近第一位置，并且第二散热器可被配置成冷却电路的第二区域。该方法可还包括提供从第一位置连续地流到第二位置的冷却流体。冷却流体可被配置成经由第一散热器从第一区域并且经由第二散热器从第二区域提取热能，特别地，第二散热器的冷却性能应该比第一散热器更好。
7.下面参照附图描述各种实施例的附加特征、操作模式、优点和其它方面。应注意，本公开不限于本文描述的具体实施例。这些实施例仅出于说明的目的而给出。基于所提供的教导，附加实施例或所公开实施例的修改对于相关领域的技术人员来说将是显而易见
的。
附图说明
8.说明性实施例可采取各种部件和部件布置的形式。在附图中示出了说明性实施例，贯穿附图，类似的附图标记可指示在各个图中对应或相似的部分。附图仅用于示出实施例的目的，而不应被解释为限制本公开。给定对附图的以下能够实现的描述，本公开的新颖方面对于相关领域的普通技术人员来说将变得显而易见。
9.图1示出了根据一个实施例的设备。
10.图2示出了根据一个实施例的设备。
11.图3示出了根据一个实施例的设备。
12.图4示出了根据一个实施例的设备。
13.图5示出了根据一个实施例的方法。
14.图6示出了根据一个实施例的设备。
15.图7示出了根据一个实施例的设备。
具体实施方式
16.虽然本文针对特定应用描述了说明性实施例，但是应当理解，本公开不限于此。本领域的技术人员和可以获得本文提供的教导的人员将认识到在其范围以及本公开将在其中具有显著效用的附加领域内的附加应用、修改和实施例。
17.在一个示例性实施例中，如前所述，在第一组装置之后冷却的第二组装置可具有两个不同的相关联的散热器。例如，由于冷却流体在冷却第一组装置时具有相对于初始温度更高的温度，与第二组装置相关联的散热器可具有和与第一组装置相关联的散热器不同的性能。例如，第二散热器可具有比第一散热器的热阻更低的热阻。这使得两组装置在相同的结温下操作，而不考虑冷却流体温度的差异。照此，对于示例性实施例，可在不增加冷却流或风扇功率的情况下保持足够的性能。因此，这使得冷却具有成本效益和效率。
18.图1示出了根据一个实施例的气冷功率叠堆100。图6和图7分别示出了根据一个实施例的气冷功率叠堆100的俯视图和侧视图。功率叠堆100可包括第一电路102、第二电路104、第三电路106和第四电路108。大体上，第一、第二、第三和第四电路可形成配置成完成特定任务的一个电路或功率叠堆。
19.在一个说明性实施例中，第三电路106和第四电路108不与第一电路102和第二电路104处于连续冷却流中。然而，电路106/108彼此处于冷却流中，并且电路102/104彼此处于冷却流中，其中两对电路的冷却流来自同一风扇。
20.考虑到上述电路，冷却设备107可被配置成产生在从箭头110开始到箭头112的方向上流动的冷却流体，即，提供相对于第一电路102和第二电路104的连续流，以及相对于第三电路106和第四电路108的另一连续流。冷却设备107可为风扇，该风扇被配置成在由箭头110和112指示的方向上产生空气。
21.在另一个实施例中，冷却设备107可被配置成在由箭头110和112指示的方向上注入水。在后一种情况下，在备选实施例中，也可使用除水之外的液体冷却剂来代替水。散热器可放置在第一电路102的位置处，以提取在整个电路/叠堆的该具体区域处产生的热量。
类似地，散热器可放置在对应于第二、第三和第四电路的位置处，但是具有不同的冷却性能(因此，具有不同的热阻抗)，以便从整个电路的这些具体区域提取热量。
22.例如，当冷却流穿过管线103时，即，当冷却流通过放置在第一电路102下方的散热器时，由于从第一电路102提取的热量的原因，冷却流体的温度升高。当冷却流体到达管线105时，其温度因此相对于其初始温度升高。照此，在功率叠堆100中，与第一电路102和第二电路104相关联的散热器被配置成具有不同的性能，以便考虑冷却流体中的这种温差。
23.例如，与第一电路102相关联的散热器可被配置成具有高热阻，而与第二电路104相关联的散热器可被配置成具有比第一电路102的散热器的热阻低的热阻。例如，但不作为限制，与第一电路102相关联的散热器可完全或基本上由铝制成。并且第二电路可利用不同的设计由部分铜和部分铝制成。
24.如图2中以横截面形式所示，与第一电路102相关联的这种散热器200可具有由铝制成的基板202，基板202具有多个铝翅片204。相反，与第二电路104相关联的散热器300(图3)可由铝和铜制成，以便使其具有与散热器200不同的热性能。它可包括由铜制成的基板302和焊接在基板302上的多个铝翅片304。
25.照此，散热器200和散热器300具有不同的热阻抗。阻抗的这种差异考虑并补偿了因冷却液连续地流动而产生的固有温差。图4示出了具有结构上不同的散热器200和300的功率叠堆100的剖视图400。功率叠堆可包括许多分离的功率装置，这些功率装置可利用母线和连接件互连。
26.图5示出了根据一个实施例的方法500。方法500可大体上应用于冷却应用中，其中冷却流体相对于需要冷却的装置连续地流动。换句话说，装置可彼此相邻放置，并且冷却流首先冷却第一组装置，然后冷却布置成装置的串联布置的随后的一组装置。
27.方法500开始于步骤502，并且它可包括在第一位置处提供第一散热器，第一散热器可被配置成冷却功率叠堆或组件的第一区域(步骤504)。在步骤504之后，方法500可包括计算冷却流/介质的温升。换句话说，从步骤504到步骤506的直接进行基本上被阻止。然后，基于该计算，该方法可包括选择具有不同热阻抗的第二散热器，以便补偿由第一散热器引起的冷却介质增加。
28.该方法500可还包括在第二位置处提供第二散热器。第二散热器可不同于第一散热器(步骤506)。第二位置可邻近第一位置，并且第二散热器可被配置成冷却功率叠堆的第二区域。该方法可还包括提供从第一位置连续地流到第二位置的冷却流体(508)。冷却流体可被配置成经由第一散热器从第一区域提取热能并且经由第二散热器从第二区域提取热能，特别地，第二散热器具有不同的热阻，因此具有不同的冷却性能。方法500可在步骤510结束。
29.在一个示例性实施例中，在步骤508之后，检查第一散热器和第二散热器的性能和能力，以确定它们是否平衡并达到可接受的装置温度，然后方法500可在步骤510结束。如果没有，冷却流可改变(即，转到步骤507)。冷却流的变化可产生不同的结果505(例如，假设损失相同，那么较高的流量将得到较低的温升)，因此返回到步骤506和步骤508，在此检查第一散热器和第二散热器的性能和能力。以这种方式，提供了一定程度的循环优化。
30.大体上，与本文刻画的教导一致的实施例可包括用于冷却电路的冷却设备。例如，但不作为限制，电路可为功率电路，即，功率叠堆。冷却设备可包括设置在第一位置处的第
一散热器。第一散热器可被配置成冷却电路的第一区域。
31.第二散热器可在热性能上不同于第一散热器，并且第二散热器可设置在第二位置处。第二位置可邻近第一位置。此外，第二散热器可被配置成冷却电路的第二区域。设备可包括冷却流发生器，该冷却流发生器被配置成产生从第一位置连续地流到第二位置的冷却流体。冷却流体可被配置成经由第一散热器从第一区域提取热能，并且经由第二散热器从第二区域提取热能。冷却流体可为空气，或者它可为诸如水或液体冷却剂的流体。
32.第一散热器可由铝制成，并且第二散热器可包括铝和铜。第一和第二散热器中的每一个可包括成组的铝翅片。第二散热器也可包括铝翅片。
33.在一些实施例中，冷却设备可包括超过两个散热器。该多个散热器可以串联配置设置。例如，冷却设备可包括设置在电路的第三位置处的第三散热器。第三散热器被配置成从电路的第三区域提取热能。在这种配置中，冷却流体可通过第二位置从第一位置连续地流向第三位置。
34.为了有效地从电路提取热能，散热器可具有不同于第二散热器和第一散热器的热性能。在一个实施例中，第三散热器可由不同的材料或材料组合制成，或者它可具有与第一和第二散热器不同数量的翅片。
35.大体上，根据本文刻画的教导的冷却设备可包括成组的散热器，它们彼此不同，并且它们可串联地(即，顺序地)设置。冷却流可包括流过散热器的流体，以便从上面的或下面的电路提取热能。考虑到散热器之间的结构差异，每个散热器可在不同的热阻抗下从其对应的电路位置提取热能。
36.本文提供的教导的另一个实施例包括一种用于冷却电路或者大体上任何需要冷却的装置的方法。这种方法可使用上述冷却设备来执行，无论该装置是电路还是大体上从其提取热量的装置。该方法可包括在第一位置处提供第一散热器，第一散热器可被配置成冷却电路的第一区域。
37.该方法可还包括在第二位置处提供第二散热器。第二位置可不同于第一散热器。第二位置可邻近第一位置，并且第二散热器可被配置成冷却电路的第二区域。该方法可还包括提供从第一位置连续地流到第二位置的冷却流体。冷却流体可被配置成经由第一散热器从第一区域提取热能，并且经由第二散热器从第二区域提取热能。
38.本文刻画的实施例还包括：大体上，在冷却流体温度较高的位置处布置具有较低热阻值的散热器；以及在冷却流体温度较低的位置处布置具有较高热阻值的散热器。这种布置优化了散热器的设计和选择，并且因此，相对于冷却流体的流动方向，无论是否在不同时间被冷却，所有装置都实现了相同的功率能力。此外，在实施例中，前述混合散热器布置可用在相同的功率叠堆中。
39.例如，该布置可仅以铝为特征(即，板和翅片由铝制成)；该布置可还包括另一个散热器，该散热器具有焊接有铝翅片的铜板。照此，这些散热器具有不同的热阻抗和冷却性能，但是考虑到当冷却流体流过散热器的顺序布置时冷却流体流的温度差异，这些散热器都高效地冷却它们相应的电路区域。
40.相关领域的技术人员将理解，在不脱离本公开的范围和精神的情况下，可配置上述实施例的各种改型和修改。因此，应当理解，在所附权利要求书的范围内，本公开可以不同于本文具体描述的方式来实施。