案例：高電壓功率放大器在壓電微泵一體化自閉環(huán)微系統(tǒng)的應用

實驗名稱：壓電微泵一體化自閉環(huán)微系統(tǒng)熱管理技術研究

研究方向：

為了增強嵌入式液冷技術可行性與實用性，近年來國內(nèi)外一些研究機構(gòu)提出了一種新型的熱管理技術方法。該方法主要思路是將散熱系統(tǒng)的泵、閥、換熱器、微流體結(jié)構(gòu)及整個冷卻工質(zhì)回路等一體化集成，使冷卻工質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)部自閉環(huán)地循環(huán)流動，實現(xiàn)對微系統(tǒng)內(nèi)部大功率器件的一體化高效熱管理。此方法有助于拓寬嵌入式微流體液冷技術的使用范圍，從而解決小型化大功率電子設備的一體化散熱問題。

實驗內(nèi)容：

設計了一種集成壓電微泵的一體化熱管理樣機。該樣機的主體材料使用加工工藝成熟且其熱導率較高的鋁合金（因合金組成成分不同，鋁合金的熱導率在２００Ｗ／（ｍ·Ｋ）左右變化）。金屬儲液箱蓋板上集成了翅片結(jié)構(gòu)的金屬熱沉，可有效增大整個系統(tǒng)殼體與外界環(huán)境的換熱面積，從而增強換熱性能。該樣機集成的儲液箱體積相對較大，目的是使回流的冷卻工質(zhì)有更多的時間與外界環(huán)境進行熱交換，且較大的儲液箱體積也可增加整個系統(tǒng)換熱面積。儲液箱中，進液口與出液口間采用隔墻設計成迂回的通路，防止從入液口流入的冷卻工質(zhì)直接從出液口流出，進而降低頂部熱沉對冷卻工質(zhì)的換熱效果。

圖：壓電微泵陣列供液流量的測試系統(tǒng)

測試系統(tǒng)：

上圖為壓電微泵陣列供液流量的測試系統(tǒng)。由圖可以看出，用導管分別將集成儲液箱入液口連接至外置儲液池，出液口引出至量筒內(nèi)。利用函數(shù)發(fā)生器與高電壓功率放大器ATA-4052對壓電微泵陣列施加交變的驅(qū)動信號，使其正常工作。通過測量一段時間內(nèi)系統(tǒng)排出的冷卻液體積計算出供液流量。經(jīng)實測，該壓電微泵陣列在工作頻率１５０Ｈｚ、有效值１０５Ｖ正弦波電壓信號的驅(qū)動下，供液流量達到最大值（為５７ｍＬ／ｍｉｎ）。

結(jié)論：

水無毒、無污染且比熱容較高，具有良好的儲熱性能，是一種較常用的冷卻液。因此，在高溫和常溫環(huán)境下，熱測試實驗采用去離子水作為冷卻工質(zhì)，但在低溫環(huán)境下，水將以固體的狀態(tài)存在，無法作為液體冷卻工質(zhì)使用。而乙醇的熔點為－１１４．１℃，可在低溫環(huán)境下保持液相，因此，在低溫環(huán)境的熱測試中使用乙醇作為冷卻工質(zhì)。下圖為不同環(huán)境溫度下的樣機熱測試結(jié)果。由圖可以看出，常溫下，芯片最高溫度為７９．９℃，而加熱前芯片溫度為２４．４℃，因此，芯片表面的溫升為５５．５℃，此時芯片熱耗為１４．５Ｗ，由此可計算出熱流密度為２５０．９Ｗ／ｃｍ２。

ATA-4052高壓功率放大器參數(shù)指標：

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審核編輯：湯梓紅