随着电力设备的集成化、复杂化、智能化程度不断提高，元器件数量不断增加，元器件功率密度也显著提高。
当散热器热流密度超过0.1W/㎡时，普通风冷已经不能满足散热需求，多数方案采用液冷散热。相较于传统自冷、风冷，液冷具有载热能力强、密封防尘、使用灵活等优势，在电源产品散热中得到广泛应用。
液冷的工作原理是通过冷却液流经液冷板内部加工的流道，将布置在液冷板表面的大功率电子元器件发出的热量带走，从而实现整个设备的散热。作为液冷系统的核心部件，液冷板的散热性能直接决定了冷却系统的整体性能。
本文通过实验对3种常见的液冷板流道进行了测试分析，比较了翅片式液冷板、圆柱形液冷板、铜管嵌入式液冷板的散热能力。
1、液冷板设计模型及相关参数
本文设计了三种类型的液冷板，分别为翅片式液冷板、圆柱形翅片式液冷板、内嵌铜管液冷板，液冷板外形尺寸为300mm×227mm×22mm，材质为6063铝合金。
根据工程经验，翅片厚度一般为1.5~3mm，考虑到太薄加工困难，且真空钎焊需要一定的翅片厚度才能与后盖板连接，故翅片厚度选择2mm。为避免流阻过大，净翅片间距设置为3mm（一般以齿厚齿距1：1为极限翅片密度）。
根据工程经验，翅片高度一般为5~10mm，考虑到翅片越短，流通截面越小，流速越高，流动阻力越大，在合理的设计范围内，翅片高度设为8mm。
柱体直径根据工程经验一般取3~5mm，考虑到通道宽度最窄处只有20mm，为保证窄通道宽度方向有两根柱体，柱体直径设计为3mm，柱体间最小净距设为3mm，柱高也设为8mm。
内嵌铜管液冷板采用外径10mm、壁厚1mm的铜管嵌入液冷板内部后压平固定，铜管与液冷板之间填充环氧树脂胶，降低接触热阻。
翅片式和圆柱形液冷板结构尺寸
嵌入式铜管液冷板结构尺寸
翅片式液冷板内部流道
圆柱形液冷板内部流道
液冷冷板基板厚度统一设计为10mm，可以充分降低扩散热阻，避免螺丝突破水道。
液冷板热源分布如下图所示。液冷散热板由5个产生热量的模块组成，均匀排布在流道上。液冷板上方有两个IGBT模块，每个模块热耗为600W；下方有三个二极管模块，每个模块热耗为200W，总热耗为1800W。为提高接触热阻，在发热模块与液冷板之间填充了导热硅脂。
测量系统
本试验台的主要测量系统如下图所示，包括流量测量、压力测量、温度测量。
测温点布置如图所示，本次实验共布置8个测温点，其中T1至T6布置在液冷板上，另两个点用于测量进、出流体温度，分别布置在进、出压力表的三通阀上。测量水流入、流出的温度点之所以布置在这里，与液冷板分开，主要是为了避免受到液冷板上加热系统的影响。
测试和数据分析
本次试验对三种液冷板进行了测试，得到了如表1、表2、表3所示的试验数据。
通过试验数据分析发现，在相同的流量和入口温度条件下，翅片式液冷板各测温点温度最低，圆柱形液冷板其次，内嵌铜管液冷板温度最高。
圆柱型液冷板平均温度比翅片型液冷板高2.5度，铜管嵌入式液冷板平均温度比翅片型液冷板高8.5度，铜管嵌入式液冷板平均温度比圆柱型液冷板高6度。
表1 翅片式液冷板试验数据
表2 圆柱形液冷板试验数据
表3 嵌入式铜管液冷板测试数据
结论
本文对三种常见的液冷板，即翅片式液冷板、圆柱形液冷板、嵌入式铜管液冷板进行了实验测试。
经过对测试数据进行分析发现，在同样的工况条件下，翅片式液冷板测试温度最低，散热效果最好；圆柱型液冷板次之，平均温度比翅片式液冷板高2.5度；铜管式液冷板测试温度最高，散热效果最差，平均温度比翅片式液冷板高8.5度。
内嵌管液冷板虽然散热效果较差，但其加工成本是三种液冷板中最低的，在热设计裕度的前提下，采用铜管内嵌液冷板可以降低成本。
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