高电压功率放大器在压电微泵一体化自闭环微系统的应用

案例：高电压功率放大器在压电微泵一体化自闭环微系统的应用

实验名称：压电微泵一体化自闭环微系统热管理技术研究

研究方向：

为了增强嵌入式液冷技术可行性与实用性，近年来国内外一些研究机构提出了一种新型的热管理技术方法。该方法主要思路是将散热系统的泵、阀、换热器、微流体结构及整个冷却工质回路等一体化集成，使冷却工质在系统内部自闭环地循环流动，实现对微系统内部大功率器件的一体化高效热管理。此方法有助于拓宽嵌入式微流体液冷技术的使用范围，从而解决小型化大功率电子设备的一体化散热问题。

实验内容：

设计了一种集成压电微泵的一体化热管理样机。该样机的主体材料使用加工工艺成熟且其热导率较高的铝合金（因合金组成成分不同，铝合金的热导率在２００Ｗ／（ｍ·Ｋ）左右变化）。金属储液箱盖板上集成了翅片结构的金属热沉，可有效增大整个系统壳体与外界环境的换热面积，从而增强换热性能。该样机集成的储液箱体积相对较大，目的是使回流的冷却工质有更多的时间与外界环境进行热交换，且较大的储液箱体积也可增加整个系统换热面积。储液箱中，进液口与出液口间采用隔墙设计成迂回的通路，防止从入液口流入的冷却工质直接从出液口流出，进而降低顶部热沉对冷却工质的换热效果。

图：压电微泵阵列供液流量的测试系统

测试系统：

上图为压电微泵阵列供液流量的测试系统。由图可以看出，用导管分别将集成储液箱入液口连接至外置储液池，出液口引出至量筒内。利用函数发生器与高电压功率放大器ATA-4052对压电微泵阵列施加交变的驱动信号，使其正常工作。通过测量一段时间内系统排出的冷却液体积计算出供液流量。经实测，该压电微泵阵列在工作频率１５０Ｈｚ、有效值１０５Ｖ正弦波电压信号的驱动下，供液流量达到最大值（为５７ｍＬ／ｍｉｎ）。

结论：

水无毒、无污染且比热容较高，具有良好的储热性能，是一种较常用的冷却液。因此，在高温和常温环境下，热测试实验采用去离子水作为冷却工质，但在低温环境下，水将以固体的状态存在，无法作为液体冷却工质使用。而乙醇的熔点为－１１４．１℃，可在低温环境下保持液相，因此，在低温环境的热测试中使用乙醇作为冷却工质。下图为不同环境温度下的样机热测试结果。由图可以看出，常温下，芯片最高温度为７９．９℃，而加热前芯片温度为２４．４℃，因此，芯片表面的温升为５５．５℃，此时芯片热耗为１４．５Ｗ，由此可计算出热流密度为２５０．９Ｗ／ｃｍ２。

ATA-4052高压功率放大器参数指标：

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审核编辑：汤梓红