一种车用电控单元散热器设计与测试

0引言

近年来，电子技术在汽车，特别是新能源汽车上得到了广泛应用和迅猛发展.同时，人们对汽车功能要求的不断增多，使得汽车电器设备的集成度也越来越高，汽车电器设备的功能集成化.大功率.小型化是汽车电子未来的发展方向.

随着电子产品轻薄小型化.高性能化.IC器件高集成化的发展，电子设备产生的热量使内部温度迅速上升，如果不及时将该热量散发，设备会继续升温，器件就会因过热而失效，电子设备的可靠性将下降，甚至造成芯片被瞬间击穿而损坏.因此对电子产品的散热能力提出了更改的要求，同时推动了电子产品散热设计技术的不断提高.

1热量产生及散热器热传导分析

电子器件作为汽车电控设备系统的关键部件，既要使汽车电控设备的性能满足整车要求，也要保证汽车电控设备具有足够的安全性和可靠性.对于在现有技术下提供的汽车电控设备，为了达到更高的能量密度与功率密度，功率驱动单元模块大多通过多个功率单管间的串联或并联构成，这样功率模块的输出电压或输出电流将大大提高，以满足对汽车的驱动要求.在工作过程中，汽车电设备的功率驱动PCB总成是热量产生的最主要来源.

热量传导过程分析：功率器件表面贴装在电路层，器件所产生的热量通过绝缘层传导到金属基层，然后由金属基板扩展到模块外部，与外界环境实现热交换，实现对器件的散热，如图l所示.

金属基板采用何种金属，主要取决于热膨胀系数.热传导能力.强度.硬度.重量.表面状态和成本.金属基板基本都采用了铝板.

铝材散热器是使用铝合金材料通过挤压成型，为增大单位体积的散热面积，成型后的散热器上呈现波纹齿，这种结构增强了散热器的散热能力.有效减小了功率模块和散热器之间的导热内阻，能够快速把功率模块上的热量导出，及时为功率模块冷却;为了补充机械加工中的缺陷，在散热器平面上涂覆一层100 u m的导热膏填充散热器和功率模块之间接合时的细小空间，这要求在加工过程中对功率器件的安装面进行表面机械加工处理，并保证具有一定的平面度.粗糙度.总之，散热器的结构设计.表面处理和导热辅料的涂覆，为功率模块创造了良好的外部散热环境，可以保证功率模块的可靠与稳定地运行，延长了功率模块的工作寿命.

2散热器设计

散热片通过对流和辐射散热，其中对流散热占主导.参考鳍片形状(如图2和表1所示)设计资料，对主要尺寸进行如下设计：

(1)根据控制器的安装位置，短风道风阻小.尽可能增加散热表面积，同时选择鳍片平行于散热底板短边.

(2)鳍片之间的间隔.由于BSG控制器安装位置空气流速随不同工况变化较大，且有时会工作在空气流速接近为0的工况下，为保证在较低风速下散热底板能有效散热，要求鳍片间有足够的间距.但过大的鳍片间距会造成鳍片数目的减小而减小散热片面积，从而减小散热片的散热能力.在散热片壁面会因为表面的温度变化而产生自然对流，造成壁面的空气层流，空气层的厚度约为2mm,鳍片间隔应在4mm以上才能确保自然对流顺利.此时散热底板齿间距为8mm左右.

(3)鳍片厚度.控制器工作在起动状态时，功率管的瞬态电流较大，因此控制器有较大的瞬态热冲击，要求散热底板鳍片有足够的厚度.当鳍片的形状固定，厚度及高度的平衡变得很重要，特别是鳍片过厚而高度不够时，会造成前端传热的困难，使得散热片即使体积增加也无法增加效率.散热片过薄而高度变短时，增加了表面积但会使散热片的体积减小而造成散热能力下降.根据参考值，鳍片厚度设计为4mm,拔模角为3

(4)由于功率管在控制器散热底板上不是完全均布，为保证有效散热，在功率管较为集中的地方尽量多分布散热鳍片.