电压放大器在芯片散热驱动液冷系统实验中的应用

实验名称：面向电子芯片散热的压电驱动液冷系统集成实验研究

研究方向：针对高集成度电子芯片的散热需求，设计并验证一种基于压电驱动的新型热交换系统。研究通过优化压电微泵的结构参数提升其驱动性能，并采用拓扑优化方法设计高效液冷流道，最终通过实验证明该系统相比传统散热方式具有更优异的冷却效果和热均匀性，为电子设备散热提供了一种创新的解决方案。

实验目的：通过压电微泵驱动下冷却液在拓扑优化流道中的流动与换热特性变化，验证该热交换系统对高集成度电子芯片散热效能的提升效果，并实现两个关键目标：在6.5V和8V热负载输入下通过温度对比证明拓扑流道相比传统直流道散热温度降低6.1℃和11.4℃的优越性；在180Vpp驱动电压下通过流量与压力输出参数（3.88mL/min，14.65kPa）验证压电微泵作为驱动元件的可靠性与稳定性。

测试设备：信号发生器、Aigtek的ATA-2082高压功率放大器、压力传感器、电子天平、热成像仪、5W加热陶瓷片、直流电源、温度分析软件、UV固化设备、微流量计量系统。

实验过程：首先加工不同厚度的PI薄膜悬臂梁阀片，装配紫铜泵体与上盖板构成压电微泵；采用信号发生器与功率放大器驱动微泵工作，通过电子天平和压力传感器测量输出性能；优化确定阀片厚度0.025mm、出入口直径1.0mm、腔体高度0.03mm的最佳参数，获得最大流量4.1mL/min和最大压力18.2kPa；随后搭建散热实验平台，以加热陶瓷片模拟芯片热源，对比测试自然散热、直流道液冷和拓扑流道液冷三种模式的散热性能；

图1流量测试原理图

图2压力测试原理图

实验结果：基于压电微泵驱动的热交换系统实验表明，拓扑优化流道在散热性能上显著优于传统结构。在6.5V热源输入下，拓扑流道散热温度最低（43.2℃），较自然散热降低35.7℃，较直流道降低6.1℃；在8V输入下，拓扑流道温度（56.3℃）较自然散热降低42.5℃，较直流道降低11.4℃。压电微泵在优化参数（阀片厚度0.025mm、出入口直径1.0mm、腔体高度0.03mm）下，输出性能达到最佳（流量3.88mL/min、压力14.65kPa），最高输出压力为18.2kPa（200Vpp驱动）。实验验证了拓扑优化流道在压电驱动热交换系统中的高效散热能力，为电子芯片冷却提供了可靠解决方案。

图3不同散热方式温度随时间曲线图

图4不同散热方式温度随时间曲线图

图5不同驱动电压下热交换系统温度随时间曲线图

电压放大器推荐：ATA-2082

图：ATA-2082高压放大器指标参数

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审核编辑 黄宇