汽车功率器件的热管理解析

随着科技的快速发展，热管理技术也在不但发展，热管理涵盖了与电子设备和电路中产生的热量的产生，控制和散发有关的所有技术解决方案。每个电子组件在其运行过程中都会产生一定量的热量，这些热量可能会对组件本身的性能和可靠性产生负面影响。在每个电子领域中，趋于使封装尺寸尽可能减小的趋势进一步复杂化，随之而来的是散热问题。半导体的结温应保持在制造商设定的极限以下;否则，可靠性和组件寿命都会受到影响。

热管理挑战

热管理策略应适用于任何能够产生热量的电子设备。在汽车行业中，由于极端温度以及冷热条件的变化，这一方面至关重要，以确保高度的可靠性和安全性。电子设计人员面临的最大挑战之一是再现或模拟最严酷的工作条件，即那些电子设备承受高热应力的条件。通过使用计算流体动力学(CFD)模拟软件可以简化此任务，该软件简化了大功率电子设备的开发。汽车功率器件热管理的主要挑战是高功率密度，恶劣的环境条件，产品小型化和成本降低。必须采取适当的措施来解决热管理问题，从传统的措施(散热器，热管和风扇)到更具创新性的措施(制冷剂冷却，紧凑型热交换器，微热电冷却器，相变材料，冷板冷却)。热管理的最新趋势是通过开发诸如纳米技术和智能材料之类的高级解决方案，从单相传热技术转变为多相传热技术。

汽车应用

车载电子设备的数量，价值和复杂性不断增长。这使得功率器件的热管理更加困难，同时也变得更加重要。乘客舱中散热最高的动力设备包括通风和空调(HVAC)，无线电和信息娱乐系统，仪表板，仪表和平视显示器。乘客舱外部的动力装置包括发动机控制单元(ECU)，制动系统控制单元和不同类别的传感器。这些设备带来的主要挑战涉及发动机舱内达到的高工作温度，环境条件在很大的数值范围内变化以及适用于汽车领域的标准提出的非常严格的要求。电子设备，特别是那些安装在乘客舱外部的设备，通常被密封以防止湿气进入：这方面使冷却更加复杂，冷却仍然限于基于传导和对流的技术。

容纳在发动机罩中的电子元件会暴露在高温下，并且存在散热问题，这也与占地面积非常小有关。混合动力(HEV)和电动(EV)汽车的扩散日趋明显，这需要电动机和电池都需要冷却。涉及的功率水平也很高，这也取决于车辆的“电气化”程度。在“全混合动力”车辆中，功率值最高，达到15kW以上，电压高于100V。因此，有必要使用先进的冷却技术，该技术基于使用散热器，热交换器和电动泵进行液体冷却。在HEV和EV车辆中，电力电子设备执行相关任务，例如控制电动机，与电子控制单元通信和诊断。除ECU外，其他典型组件还有逆变器和一个或多个DC-DC转换器。为了使功率设备保持在建议的温度范围内，应将其连接到车辆的冷却/加热系统。

商业级解决方案

汽车应用需要符合该部门设想的可靠性和安全性标准的功率设备，例如AEC-Q100和AEC-Q101。英飞凌科技公司在为汽车市场开发和制造电子组件方面拥有四十多年的经验，拥有众多的半导体产品可以满足每个汽车领域的需求。 Tempfet尤其通过其温度传感器提供第一级的温度和电流保护。温度传感器位于外部引脚上，可直接进行门访问和灵活的温度响应控制。图1显示了Tempfet器件的简化框图，该器件能够以高达1 MHz的开关频率工作，并具有扩展的温度范围(从-40°C至+ 175°C)。

意法半导体(STMicroelectronics)拥有一系列适合汽车应用的功率器件。其中包括PowerFLAT系列汽车功率MOSFET，它们封装在5x6mm微型双面冷却(DSC)封装中。新的MOSFET(封装如图2所示)使汽车电子控制单元(ECU)的功率密度得以提高，它们是用于汽车电机控制应用，反向电池保护和高性能电源开关的40V器件。 0.8mm高的PowerFLATTM 5×6 DSC保留了标准封装的占位面积和热效率高的底侧设计，同时露出了顶侧源电极以进一步增强散热，从而简化了热管理。

安森美半导体提供全面的创新型节能电源设备产品组合，提供NVG800A75L4DSC，一种750V-800A电源模块，该模块具有双面冷却功能，且占地面积小，适用于混合动力(HEV)和电动汽车(EV)牵引逆变器应用。该模块由半桥配置的两个窄台面场截止IGBT组成。提供了双面液体冷却散热器参考设计以及完整的逆变器套件(NVG800A75L4-EVK)，可简化设计。以上就是汽车功率器件的热管理，希望能给大家参考意见。