強脈沖功率電源熱管理技術研究

李兆輝，劉 毅,3?，張 欽,3，林福昌,3，李 化,3，戴 玲,3，王 燕,3

(1. 強電磁工程與新技術國家重點實驗室; 2. 華中科技大學 電氣與電子工程學院； 3. 脈沖功率技術教育部重點實驗室: 武漢 430074)

強脈沖功率電源廣泛應用于高新技術研究和工業等諸多領域，需具備兆安量級的脈沖大電流重復頻率輸出能力。強脈沖功率電源工作于電-磁-熱-力多物理場耦合的復雜環境，重復頻率輸出脈沖電流時引發的器件熱失效已成為電源的主要故障，同時熱效應引發的器件溫升會導致電源的重復輸出精度下降[1-4]。因此，需研發脈沖電源熱管理技術，保證強脈沖功率電源重復頻率輸出的可靠性與精度。

脈沖功率電源主要由脈沖電容器、晶閘管、二極管、脈沖電感及輸出電纜等部分組成[5-7]。常規的脈沖功率電源只按照單次輸出脈沖大電流進行設計，單次輸出過程中高功率器件的瞬時溫升達到數十攝氏度。應用到重復頻率輸出時，需靠電源高功率器件自身作為熱沉吸收瞬時產生的熱量，短時間內熱量存在累積，易引發器件熱失效。同時，器件溫升導致阻抗發生較大變化，引起電源的輸出穩定性下降。通過增加高功率器件的體積可降低器件重復頻率工作時的溫升，但是會導致電源體積急劇增加。同時，由于絕緣材料自身導熱性能較差，器件內部的熱累積難以快速擴散，局部溫升較高，器件仍存在較大的失效風險。

強脈沖功率電源熱管理技術屬于近年高新技術研究發展的新需求，可借鑒的研究基礎較少，可參考電力電子裝置中的熱管理技術[8-9]?！?br>