車(chē)用電控設備（50w）散熱器的設計與測試

摘要：在汽車(chē)電控設備設計中，電子器件是設備中的關(guān)鍵器件，電子器件散熱設計的好壞直接影響整個(gè)系統的可靠性。文章介紹了一種車(chē)用電控設備中50w散熱器的設計，并從使用角度介紹了散熱器的熱導分析及散熱器設計，對實(shí)驗數據與仿真分析結果進(jìn)行了對比分析，驗證了設計的有效性。

　　0 引言

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

　　隨著(zhù)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，電子設備產(chǎn)生的熱量使內部溫度迅速上升，如果不及時(shí)將該熱量散發(fā)，設備會(huì )繼續升溫，器件就會(huì )因過(guò)熱而失效，電子設備的可靠性將下降，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)品散熱設計技術(shù)的不斷提高。

　　1 熱量產(chǎn)生及散熱器熱傳導分析

　　電子器件作為汽車(chē)電控設備系統的關(guān)鍵部件，既要使汽車(chē)電控設備的性能滿(mǎn)足整車(chē)要求，也要保證汽車(chē)電控設備具有足夠的安全性和可靠性。對于在現有技術(shù)下提供的汽車(chē)電控設備，為了達到更高的能量密度與功率密度，功率驅動(dòng)單元模塊大多通過(guò)多個(gè)功率單管間的串聯(lián)或并聯(lián)構成，這樣功率模塊的輸出電壓或輸出電流將大大提高，以滿(mǎn)足對汽車(chē)的驅動(dòng)要求。在工作過(guò)程中，汽車(chē)電設備的功率驅動(dòng)PCB總成是熱量產(chǎn)生的最主要來(lái)源。

　　熱量傳導過(guò)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(guò)絕緣層傳導到金屬基層，然后由金屬基板擴展到模塊外部，與外界環(huán)境實(shí)現熱交換，實(shí)現對器件的散熱，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。熱傳導能力。強度。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(guò)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波紋齒，這種結構增強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熱內阻，能夠快速把功率模塊上的熱量導出，及時(shí)為功率模塊冷卻；為了補充機械加工中的缺陷，在散熱器平面上涂覆一層100 u m的導熱膏填充散熱器和功率模塊之間接合時(shí)的細小空間，這要求在加工過(guò)程中對功率器件的安裝面進(jìn)行表面機械加工處理，并保證具有一定的平面度。粗糙度?？傊?，散熱器的結構設計。表面處理和導熱輔料的涂覆，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定地運行，延長(cháng)了功率模塊的工作壽命。

　　2 散熱器設計

　　散熱片通過(guò)對流和輻射散熱，其中對流散熱占主導。參考鰭片形狀（如圖2和表1所示）設計資料，對主要尺寸進(jìn)行如下設計：

　?。?）根據控制器的安裝位置，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(guò)大的鰭片間距會(huì )造成鰭片數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 )因為表面的溫度變化而產(chǎn)生自然對流，造成壁面的空氣層流，空氣層的厚度約為2mm，鰭片