案例：高電壓功率放大器在壓電微泵一體化自閉環微系統的應用

　　實驗名(ming)稱：壓電微(wei)泵(beng)一體化自閉環微(wei)系統熱管理(li)技術研(yan)究(jiu)

　　研究(jiu)方向：

　　為了增(zeng)強嵌入(ru)式液(ye)冷(leng)技術可行性與實(shi)用(yong)性，近年來國(guo)內(nei)外一(yi)(yi)些研究機構提出了一(yi)(yi)種新型的(de)熱管理(li)技術方(fang)法(fa)。該方(fang)法(fa)主要思(si)路是將散(san)熱系統(tong)的(de)泵、閥、換熱器(qi)、微(wei)流體(ti)(ti)(ti)結(jie)構及整(zheng)個冷(leng)卻工質回路等一(yi)(yi)體(ti)(ti)(ti)化集成，使冷(leng)卻工質在系統(tong)內(nei)部(bu)自閉環地循環流動，實(shi)現(xian)對微(wei)系統(tong)內(nei)部(bu)大(da)功率(lv)器(qi)件的(de)一(yi)(yi)體(ti)(ti)(ti)化高效熱管理(li)。此方(fang)法(fa)有助于拓寬嵌入(ru)式微(wei)流體(ti)(ti)(ti)液(ye)冷(leng)技術的(de)使用(yong)范圍，從而解決小型化大(da)功率(lv)電(dian)子設備的(de)一(yi)(yi)體(ti)(ti)(ti)化散(san)熱問題。

　　實驗內容：

　　設計了一種(zhong)集(ji)成(cheng)壓電微(wei)泵的一體化熱管理樣機。該樣機的主體材料使(shi)用加(jia)工工藝成(cheng)熟且其熱導率(lv)較高的鋁合(he)金(jin)(jin)（因合(he)金(jin)(jin)組成(cheng)成(cheng)分(fen)不同，鋁合(he)金(jin)(jin)的熱導率(lv)在200W/(m·k)左右(you)變化(hua)）。金屬儲液(ye)(ye)(ye)箱(xiang)蓋板上(shang)集成了翅片(pian)結構(gou)的金屬熱(re)沉，可有(you)效增(zeng)大整個系(xi)統殼(ke)體與(yu)(yu)外界(jie)環(huan)境的換(huan)熱(re)面(mian)積，從而(er)增(zeng)強換(huan)熱(re)性能。該(gai)樣機集成的儲液(ye)(ye)(ye)箱(xiang)體積相對(dui)較大，目(mu)的是使回流(liu)的冷卻工質有(you)更(geng)多(duo)的時間與(yu)(yu)外界(jie)環(huan)境進(jin)行熱(re)交換(huan)，且較大的儲液(ye)(ye)(ye)箱(xiang)體積也可增(zeng)加(jia)整個系(xi)統換(huan)熱(re)面(mian)積。儲液(ye)(ye)(ye)箱(xiang)中(zhong)，進(jin)液(ye)(ye)(ye)口(kou)(kou)與(yu)(yu)出(chu)液(ye)(ye)(ye)口(kou)(kou)間采(cai)用隔墻(qiang)設計(ji)成迂回的通路(lu)，防止從入液(ye)(ye)(ye)口(kou)(kou)流(liu)入的冷卻工質直接從出(chu)液(ye)(ye)(ye)口(kou)(kou)流(liu)出(chu)，進(jin)而(er)降低頂部熱(re)沉對(dui)冷卻工質的換(huan)熱(re)效果。

圖：壓電微泵陣(zhen)列供(gong)液流(liu)量(liang)的(de)測試(shi)系統

　　測試系統：

　　上圖為(wei)壓電(dian)微泵陣列供液(ye)(ye)流量的測試系(xi)統(tong)。由圖可以看(kan)出，用(yong)導管分(fen)別(bie)將集成儲液(ye)(ye)箱(xiang)入液(ye)(ye)口連接至(zhi)外(wai)置儲液(ye)(ye)池，出液(ye)(ye)口引出至(zhi)量筒內。利(li)用(yong)函數發(fa)生器與高(gao)電(dian)壓功率放(fang)大器ATA-4052對壓電微泵陣列施加交變的驅動信號，使其正常工作。通過測量一段時間內系統排出的冷卻液體積計算出供液流量。經實測，該壓電微泵陣列在工作頻率150Hz、有(you)效(xiao)值105V正弦(xian)波電壓信號的驅(qu)動下，供液流量達到最大值（為57mL/min）。

　　結(jie)論：

　　水無(wu)毒、無(wu)污染且比(bi)熱(re)容較(jiao)高，具(ju)有良好的儲熱(re)性能(neng)，是一種較(jiao)常用(yong)的冷卻液(ye)。因此(ci)，在高溫和常溫環境下，熱(re)測試實(shi)驗采用(yong)去離(li)子水作(zuo)(zuo)為(wei)冷卻工(gong)質(zhi)，但在低(di)溫環境下，水將以(yi)固體的狀(zhuang)態存在，無(wu)法作(zuo)(zuo)為(wei)液(ye)體冷卻工(gong)質(zhi)使用(yong)。而乙醇的熔點為(wei)

為-114.1℃，可(ke)在(zai)低溫環境(jing)下保(bao)持液(ye)相，因此，在(zai)低溫環境(jing)的(de)熱測試(shi)中使(shi)用乙醇作為冷卻工質。下圖(tu)為不同環境(jing)溫度下的(de)樣機熱測試(shi)結果。由圖(tu)可(ke)以看(kan)出(chu)，常(chang)溫下，芯片最高溫度為79.9℃，而加熱前芯片(pian)溫度為24.4℃，因(yin)此，芯(xin)片表面的溫升(sheng)為

55.5℃，此時芯片(pian)熱耗(hao)為14.5W，由此可計算出熱流密度(du)為250.9W/cm2。

　　ATA-4052高壓功率放大器參數指標：

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　　本(ben)文實驗案例參考自(zi)知網(wang)論文《壓電(dian)微泵(beng)一體(ti)化(hua)自(zi)閉環微系統熱管理技術(shu)研究》