1、书 书 书犐 犆犛 犆犆犛犓 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准犌犅犜 代替犌犅犜 电力半导体器件用散热器第部分：热阻和流阻测量方法犎犲 犪 狋狊 犻 狀 犽 狊犳 狅 狉狆 狅狑犲 狉狊 犲犿 犻 犮 狅 狀 犱 狌 犮 狋 狅 狉犱 犲 狏 犻 犮 犲 狊犘 犪 狉 狋：犕犲 犪 狊 狌 狉 犲犿犲 狀 狋犿犲 狋 犺 狅 犱 狊狅 犳狋 犺 犲 狉犿犪 犾狉 犲 狊 犻 狊 狋 犪 狀 犮 犲犪 狀 犱犻 狀 犾 犲 狋 狅 狌 狋 犾 犲 狋犳 犾 狌 犻 犱狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲犱 狉 狅 狆 发布 实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局国 家 标 准 化 管 理
2、 委 员 会发 布书 书 书目次前言引言范围规范性引用文件术语和定义热阻测量方法 原理 温度测量的规定点 规定点温度的测量 测量系统 测量条件 测量程序流阻测量方法 原理 压力测量的规定点 测量系统 测量条件 测量程序附录（资料性）通过测量热流确定双侧散热半导体器件用散热体的热阻附录（资料性）热平衡相对误差计算 参考文献 犌犅犜 前言本文件按照 标准化工作导则第部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。电力半导体器件用散热器与下列标准共同构成我国电力半导体器件用散热器系列标准：电力半导体器件用型材散热器技术条件；电力半导体器件用型材散热体外形尺寸；电力半导体器件用热管散热器；电力半导体器件用
3、散热器选用导则。本文件是 电力半导体器件用散热器的第部分。已经发布以下部分：第部分：散热体；第部分：热阻和流阻测量方法；第部分：绝缘件和紧固件。本文件代替 电力半导体器件用散热器第部分：热阻和流阻测试方法。与 相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：）增加了“规范性引用文件”“术语和定义”两章（见第章和第章）；）更改了热阻测量的规定，并作为第章（见第章，年版的第章第章）；）更改了流阻测量的规定，并作为第章（见第章，年版的、和第章）。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电器工业协会提出。本文件由全国电力电子系统和设备标准化技术委员会（）
4、归口。本文件起草单位：祥博传热科技股份有限公司、广州高澜节能技术股份有限公司、全球能源互联网研究院有限公司、西安派瑞功率半导体变流技术股份有限公司、江苏新彩阳机电技术有限公司、河北华整实业有限公司、中车株洲电力机车研究所有限公司、江苏宏微科技股份有限公司、江苏海鼎电气科技有限公司、湖北台基半导体股份有限公司、西安电力电子技术研究所。本文件主要起草人：崔鹏飞、曾茂进、周建辉、文玉良、蔚红旗、桑春、宋晓飞、田恩、王晓宝、陶勇、颜家圣、李小国、关胜利、郭绍强、喻望春、纪卫峰、陆正柏、恽强龙。本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：年首次发布为 ，年第一次修订；本次为第二次修订。犌犅犜 引言 电力半
5、导体器件用散热器给出构成电力半导体器件用散热器的散热体、绝缘件和紧固件的技术要求，检验规则，标志、包装、运输和贮存要求以及散热体的热阻和流阻测量方法，拟由个部分组成。第部分：散热体。目的在于规定构成电力半导体器件用散热器的散热体的术语和定义、技术要求、检验规则以及标志、包装、运输和贮存要求。第部分：热阻和流阻测量方法。目的在于规范构成电力半导体器件用散热器的散热体（包括铸造、挤压、型材和热管散热体）的热阻和流阻测量方法。第部分：绝缘件和紧固件。目的在于规定构成电力半导体器件用散热器的绝缘件和紧固件的技术要求、检验规则以及标志、包装、运输和贮存要求。犌犅犜 电力半导体器件用散热器第部分：热阻和流
6、阻测量方法范围本文件给出了电力半导体器件用散热体的热阻和流阻的术语和定义以及测量方法。本文件适用于电力半导体器件用散热体（包括铸造、挤压、型材和热管散热体）的热阻和流阻测量。规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。电力半导体器件用散热器第部分：散热体术语和定义 界定的术语和定义适用于本文件。（散热体的）热阻狋 犺 犲 狉犿犪 犾狉 犲 狊 犻 狊 狋 犪 狀 犮 犲（）犚 在热平衡条件下，散热体台面温度和冷却媒质中的规定点温度之间的温度差
7、与产生该温度差的耗散功率（热流）之比。注：热阻的单位为摄氏度每瓦（）或开尔文每瓦（）。来源：，（散热体的）流阻犻 狀 犾 犲 狋 狅 狌 狋 犾 犲 狋犳 犾 狌 犻 犱狆 狉 犲 狊 狊 狌 狉 犲犱 狉 狅 狆（狅 犳犪狉 犪 犱 犻 犪 狋 狅 狉）（散热体的）压力降狆在稳态条件下，规定的风道或水路中，冷却媒质在散热体上游侧规定点和下游侧规定点处的总压力的差。注：流阻在风道系统中也称为风阻，在水路系统中也称为水阻。注：流阻的单位为帕（）。注：散热体在风道或水路中相向迎面冷却媒质流向的一侧为上游侧，其相反的一侧为下游侧。注：总压力为静压力与动压力的代数和。来源：，冷却媒质犮 狅 狅 犾 犻
8、 狀 犵犿犲 犱 犻 狌犿将半导体器件产生的热量带走的液体（例如，水）或气体（例如，空气）。来源：，有修改犌犅犜 热阻测量方法 原理施加流经散热体的热流（功率）犘。达到热平衡后，测量散热体台面温度犜和冷却媒质（例如，水或空气）中的规定点的温度犜。散热体的热阻犚 由公式（）计算。犚 犜犜犘（）式中：犚 散热体的热阻；犜 散热体台面温度；犜 冷却媒质中的规定点的温度；犘 造成规定点之间的温度差的热流（功率）。单侧散热半导体器件（例如，螺栓形器件、某些半导体模块）用散热体的热阻可直接由公式（）计算。双侧散热半导体器件用散热体的热阻被认为由其高电位主端子侧散热体的分热阻犚（）与其低电位主端子侧散热体的
9、分热阻犚（）并联构成。两个分热阻分别由公式（）和公式（）计算。犚（）犜（）犜犘（）式中：犚（）双侧散热半导体器件高电位主端子侧散热体的分热阻；犜（）双侧散热半导体器件高电位主端子侧散热体的台面温度；犜 冷却媒质中的规定点的温度；犘 流经双侧散热半导体器件高电位主端子侧散热体的功率。犚（）犜（）犜犘（）式中：犚（）双侧散热半导体器件低电位主端子侧散热体的分热阻；犜（）双侧散热半导体器件低电位主端子侧散热体的台面温度；犜 冷却媒质中的规定点的温度；犘 流经双侧散热半导体器件低电位主端子侧散热体的功率。双侧散热半导体器件用散热体的热阻由公式（）计算。犚 犚（）犚（）犚（）犚（）（）式中：犚 双侧散热
10、半导体器件用散热体的热阻；犚（）双侧散热半导体器件高电位主端子侧散热体的分热阻；犚（）双侧散热半导体器件低电位主端子侧散热体的分热阻。通过测量热流确定双侧散热半导体器件用散热体的热阻的方法见附录。温度测量的规定点 测量散热体台面温度犜的规定点为该台面上的下游侧，一个直径、深度的孔中。其位置如下：犌犅犜 热源为双侧散热器件：其管壳的台面圆周外处；热源为螺栓形器件：其管壳的底座最大直径的圆周外处；热源为半导体模块：其底板的长边中点外处。测量冷却媒质温度犜的规定点为：空气冷却散热体：规定的风道中，被测散热体的上游侧距其 处（见 ）、风道通风路径横截面的几何中心点；水冷却散热体：规定的冷却水管道中，被
11、测散热体的上游侧、距冷却水进入其端口 、沿冷却水管道的垂直径向且距管道内壁底部犱（犱为管道内径）处（见 ）；自冷散热体（适用时）：自冷环境箱中，被测散热体中心正下方 处。注：对于空气冷却散热体或自冷散热体，通常用犜代替犜。犜为测量时的环境空气温度。规定点温度的测量 散热体台面温度（犜）可使用截面直径不大于 、热端焊球直径不大于 的热电偶测量，且保持热电偶的热端不出现短路。宜采用如下方法安装热电偶：将热电偶的热端焊球插入散热体台面上的温度规定点；敲击温度规定点孔口处的金属，使孔中的热电偶热端焊球与孔的内壁紧密、可靠地接触。冷却媒质温度犜或环境空气温度犜使用测温仪测量。测量系统 通则测量系统包括加
12、热电流单元、温度测量仪表以及测量冷却媒质（水或空气）规定点温度和速度（对于空气冷却散热体）或流量（对于水冷却散热体）的温度测量仪表和风速计、流量计。热阻测量的准确度主要取决于功率犘和散热体台面温度犜的测量准确度。安培表、伏特表或瓦特表和测温仪的准确度不应低于 级。如果测量系统的电压达几十伏，应注意避免影响测量结果。功率（热流）的产生可使用半导体器件或将符合欧姆定律的电阻性元件封装在半导体器件管壳内制成的发热元件作为热源。为避免半导体器件的导通角对功率计算的影响，宜使用整流二极管作为热源。产生功率（热流）的方法有直流电流法、半正弦波电流法和发热元件模拟法。宜采用直流电流法。如果采用其他方法，应校
13、核其与直流电流法测量结果的一致性。）直流电流法对作为热源的半导体器件施加直流电流，从而产生功率犘。该功率犘由公式（）计算。犘犐犞（）式中：犐 产生功率犘的直流电流；犞 半导体器件两端的直流电压。）半正弦波电流法对作为热源的半导体器件施加半正弦波电流，从而产生功率犘。该功率犘由公式（）计算。犘犞犐（）狉犐（）（）犌犅犜 式中：犞 半导体器件的门槛电压，单位为伏（）；狉 半导体器件的斜率电阻，单位为欧（）；犐（）产生功率犘的半正弦波电流的平均值，单位为安（）。）发热元件模拟法对作为热源、符合欧姆定律的电阻性元件封装在半导体器件管壳内制成的发热元件施加电流，从而产生功率犘。该功率犘由公式（）计算或使
14、用瓦特表测量。通过测量热流确定双侧散热半导体器件用散热体的热阻的方法见附录。测量系统 空气冷却散热体测量系统空气冷却散热体可使用风道测量。测量系统包括加热电流单元、散热体台面温度测量仪表、冷却媒质温度测量仪表、风道和风速计（见图。图中的压差计用于第章给出的流阻测量）。单位为毫米标引序号说明：犇。图空气冷却散热体测量系统热电偶的热端应处于下游侧，并加以掩蔽。温度计的位置应符合 的规定。风速计测量探头的位置与之相同。水冷却散热体测量系统水冷却散热体测量系统包括加热电流单元、散热体台面温度测量仪表、冷却媒质温度测量仪表、供水系统以及流量计（见图。图中的压差计用于第章给出的流阻测量）。冷却媒质温度测量
15、仪表探头的位置应符合 的规定。犌犅犜 单位为毫米犪）水冷却散热体测量流程示意图犫）温度测量仪表位置详图标引序号说明：犱 管道内径。图水冷却散热体测量系统 自冷散热体测量系统自冷散热体测量系统包括加热电流单元、散热体台面温度测量仪表、自冷环境箱以及测量箱中空气温度的温度计。被测散热体应悬挂于自冷环境箱内的中部，其叶片应顺应空气的自然对流。自冷环境箱的内部空间应足以保持箱中被测散热体四周 处的温差不大于，空气自然对流的速度不大于。测量条件 加热功率加热功率应在被测散热体温升与加热功率（宜参考被测散热体的耗散功率）的关系曲线的线性范围内选取。被测散热体和作为其热源的元器件的安装力或安装力矩安装被测散
16、热体和作为其热源的半导体器件的力或力矩应符合其产品标准（如果有）的规定。安装作为热源的发热元件的力或力矩参照其封装管壳对应的器件产品标准中的规定。被测散热体的冷却条件测量过程中，被测散热体的冷却条件如下：空气冷却散热体：风道中的风速为，被测散热体的上游侧规定点（见 ）的温度为环境空气温度；水冷却散热体：冷却水流量为，被测散热体的上游侧规定点（见 ）的温度为；自冷散热体：空气自然对流的速度不应超过，规定点的温度为环境空气温度。测量程序 测量准备测量准备步骤如下：犌犅犜 按照 的规定，将作为热源的半导体器件发热元件安装到被测散热体上；将被测散热体安置在测量系统中的规定位置；按照 和 的规定安置热电偶；按照 和 的规定安置冷却媒质温度测量仪表；连接加热电流单元；调整测量仪表的零点（如果必要）。测量步骤测量热阻的步骤如下：按照 的规定调整冷却条件；按照 的规定施加加热电流；达到热平衡后，记录加热电流犐或犐（）、半导体器件两端的直流电压犞（或半导体器件的门槛电压犞和斜率电阻狉）、规定点温度犜（或犜）和犜的值。如果测得的冷却媒质温度犜偏差较大，可通过计算热平衡相对误差进行评估（见附录）。计算功率犘