車用電控設(shè)備（50w）散熱器的設(shè)計(jì)與測(cè)試

摘要：在汽車電控設(shè)備設(shè)計(jì)中，電子器件是設(shè)備中的關(guān)鍵器件，電子器件散熱設(shè)計(jì)的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。文章介紹了一種車用電控設(shè)備中50w散熱器的設(shè)計(jì)，并從使用角度介紹了散熱器的熱導(dǎo)分析及散熱器設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性。

　　0 引言

　　近年來，電子技術(shù)在汽車，特別是新能源汽車上得到了廣泛應(yīng)用和迅猛發(fā)展。同時(shí)，人們對(duì)汽車功能要求的不斷增多，使得汽車電器設(shè)備的集成度也越來越高，汽車電器設(shè)備的功能集成化。大功率。小型化是汽車電子未來的發(fā)展方向。

　　隨著電子產(chǎn)品輕薄小型化。高性能化.IC器件高集成化的發(fā)展，電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量使內(nèi)部溫度迅速上升，如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)，設(shè)備會(huì)繼續(xù)升溫，器件就會(huì)因過熱而失效，電子設(shè)備的可靠性將下降，甚至造成芯片被瞬間擊穿而損壞。因此對(duì)電子產(chǎn)品的散熱能力提出了更改的要求，同時(shí)推動(dòng)了電子產(chǎn)品散熱設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷提高。

　　1 熱量產(chǎn)生及散熱器熱傳導(dǎo)分析

　　電子器件作為汽車電控設(shè)備系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，既要使汽車電控設(shè)備的性能滿足整車要求，也要保證汽車電控設(shè)備具有足夠的安全性和可靠性。對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)下提供的汽車電控設(shè)備，為了達(dá)到更高的能量密度與功率密度，功率驅(qū)動(dòng)單元模塊大多通過多個(gè)功率單管間的串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成，這樣功率模塊的輸出電壓或輸出電流將大大提高，以滿足對(duì)汽車的驅(qū)動(dòng)要求。在工作過程中，汽車電設(shè)備的功率驅(qū)動(dòng)PCB總成是熱量產(chǎn)生的最主要來源。

　　熱量傳導(dǎo)過程分析：功率器件表面貼裝在電路層，器件所產(chǎn)生的熱量通過絕緣層傳導(dǎo)到金屬基層，然后由金屬基板擴(kuò)展到模塊外部，與外界環(huán)境實(shí)現(xiàn)熱交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)器件的散熱，如圖l所示。

　　金屬基板采用何種金屬，主要取決于熱膨脹系數(shù)。熱傳導(dǎo)能力。強(qiáng)度。硬度。重量。表面狀態(tài)和成本。金屬基板基本都采用了鋁板。

　　鋁材散熱器是使用鋁合金材料通過擠壓成型，為增大單位體積的散熱面積，成型后的散熱器上呈現(xiàn)波紋齒，這種結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了散熱器的散熱能力。有效減小了功率模塊和散熱器之間的導(dǎo)熱內(nèi)阻，能夠快速把功率模塊上的熱量導(dǎo)出，及時(shí)為功率模塊冷卻；為了補(bǔ)充機(jī)械加工中的缺陷，在散熱器平面上涂覆一層100 u m的導(dǎo)熱膏填充散熱器和功率模塊之間接合時(shí)的細(xì)小空間，這要求在加工過程中對(duì)功率器件的安裝面進(jìn)行表面機(jī)械加工處理，并保證具有一定的平面度。粗糙度?？傊?，散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。表面處理和導(dǎo)熱輔料的涂覆，為功率模塊創(chuàng)造了良好的外部散熱環(huán)境，可以保證功率模塊的可靠與穩(wěn)定地運(yùn)行，延長(zhǎng)了功率模塊的工作壽命。

　　2 散熱器設(shè)計(jì)

　　散熱片通過對(duì)流和輻射散熱，其中對(duì)流散熱占主導(dǎo)。參考鰭片形狀（如圖2和表1所示）設(shè)計(jì)資料，對(duì)主要尺寸進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

　?。?）根據(jù)控制器的安裝位置，短風(fēng)道風(fēng)阻小。盡可能增加散熱表面積，同時(shí)選擇鰭片平行于散熱底板短邊。

　?。?）鰭片之間的間隔。由于BSG控制器安裝位置空氣流速隨不同工況變化較大，且有時(shí)會(huì)工作在空氣流速接近為0的工況下，為保證在較低風(fēng)速下散熱底板能有效散熱，要求鰭片間有足夠的間距。但過大的鰭片間距會(huì)造成鰭片數(shù)目的減小而減小散熱片面積，從而減小散熱片的散熱能力。在散熱片壁面會(huì)因?yàn)楸砻娴臏囟茸兓a(chǎn)生自然對(duì)流，造成壁面的空氣層流，空氣層的厚度約為2mm，鰭片