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
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
實驗名稱：壓電微泵一體化自閉環微系統熱管理技術研究
研究方向：
為了增強嵌入式液冷技術可行性與實用性，近年來國內外一些研究機構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的泵、閥、換熱器、微流體結構及整個冷卻工質回路等一體化集成，使冷卻工質在系統內部自閉環地循環流動，實現對微系統內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構的金屬熱沉，可有效增大整個系統殼體與外界環境的換熱面積，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有更多的時間與外界環境進行熱交換，且較大的儲液箱體積也可增加整個系統換熱面積。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直接從出液口流出，進而降低頂部熱沉對冷卻工質的換熱效果。
圖：壓電微泵陣列供液流量的測試系統
測試系統：
上圖為壓電微泵陣列供液流量的測試系統。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。利用函數發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、有效值105V正弦波電壓信號的驅動下，供液流量達到最大值（為57mL/min）。
結論：
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，在高溫和常溫環境下，熱測試實驗采用去離子水作為冷卻工質，但在低溫環境下，水將以固體的狀態存在，無法作為液體冷卻工質使用。而乙醇的熔點為
為-114.1℃，可在低溫環境下保持液相，因此，在低溫環境的熱測試中使用乙醇作為冷卻工質。下圖為不同環境溫度下的樣機熱測試結果。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指標：
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本文實驗案例參考自知網論文《壓電微泵一體化自閉環微系統熱管理技術研究》
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