《半导体器件散热器 通用技术条件》（GB 7423.1－1987）只给出了自然冷却和强迫风冷的热阻测试。《电力半导体器件用散热器选用导则》（JB／T 9684－2000）则给出了自然冷却、强迫风冷和水冷三种散热器。对于2000 V以上的器件，水质需要更高的要求《电力半导体器件用热管散热器》（JB／T 8757－1998）给出了热管散热器。因此在电力半导体运用的主要散热，目前已经标准化和产业化其有自然冷却、强迫风冷、水冷和热管四种主要形式。而本章也主要介绍这些冷却形式。表3－2为电力半导体散热器现行的主要设计标准。
表3－2 电力半导体散热器主要标准
2.电力半导体散热器主要应用领域
电力电子设备中以电力半导体为主，其所分的不同领域各不相同，见表3－3
表3－3 电力电子技术的主要领域
从冷却角度来看，主要有自然冷却、强迫风冷和水冷三种冷却方式。从表3－3看，电力电子技术主要用于电力变换和电力输运中，而电力系统的柔性交流输电（FACTS）和高压直流输电（HVDC）采用的电力电子装置功率最大。已投运的VSC－HVDC风电场联网工程见表3－4。
表3－4 已投运的VSC－HVDC风电场联网工程
3.冷却方式的选择
冷却方式的选择有多种，下面介绍几种方法
（1）采用热流密度和体积功率选择冷却方式
GJB／Z 27－1992中各种冷却方式的传热如图3－1所示。温升为40℃时，各种冷却方法的热流密度和体积功率密度值如图3－1a所示。其中自然冷却的区间为0.04～0.08 W／cm2但是对于密闭系统中自然冷却不大于0.009 W／cm2（见图3－1b）。一些公司从散热效率、复杂性和功耗来进行冷却方式的选择，如图3－2所示。
图3－1 各种冷却方式的传热［69(www.daowen.com)
a）温升为40℃的冷却 b）适用于密封单元内部的冷却
图3－2 某公司的散热器选型指南
（2）根据热流密度和温升选择冷却方法
这种方法适用于温升要求不同的各类设备的冷却，按图3－3所示关系进行选择。对不同冷却方式和冷却介质下的散热性能做了比较：风冷方式的散热能力已趋于极限，难以满足功率继续增加的要求；液体冷却方式对高热流密度散热是很好的选择，在相变情况下可实现更高热量的转移。
自然对流冷却表面的最大热流密度为0.039 W／cm2。强迫空气冷却是一种较好的冷却方法。若电子元器件之间的空间有利于空气流动或可以安装散热器时，就可以采用强迫空气冷却，有些高温元器件的热流密度可高达0.078 W／cm2。直接液体冷却适用于体积功率密度较高的元器件或设备。直接液体冷却要求冷却剂与元器件相容，其典型热阻为1.25℃·cm2 W。直接强迫液体冷却的热阻为0.03℃·cm2／W，强迫水冷散热器（见表3－5）在2000 V以上确保水质要求。直接沸腾冷却适用于体积功率密度很高的设备或元器件，其热阻值为0.006℃·cm2／W。
图3－3 热流密度和温升
表3－5 强迫水冷散热器
（3）热管是一种传热效率很高的传热器件
热管传热性能比相同的金属导热要高几十倍，且两端的温差很小。应用热管时，主要问题是如何减小热管两端接触界面上的热阻。图3－4和图3－5为在现场通过红外测温仪测量的水冷和热管冷却系统晶闸管温度情况。
图3－4 纯水冷却系统晶闸管红外图
图3－5 热管冷却晶闸管红外图
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