车载充电机功率器件及冷板热分析与应用

车载充电机不断朝着高开关频率、小型化、低重量、高功密度方向发展,不断增加的半导体功率器件的热损耗与功率密度逐步提升之间的矛盾日显突出,液冷式冷板因其高换热能力得到广泛应用。根据冷板散热条件及器件安装方式进行热设计,保证器件结温在可允许的范围内工作变得重要。本文综述了立式安装的TO-247封装在液冷条件下的结温估算方法,并利用有限元仿真分析器件温升并通过实测加以验证。在考虑功率器件强化传热的同时,针对冷板的压降和困气问题进行研究和分析,并结合有限元方法对流场速度进行研究。考虑到车载应用环境的特殊性,本文还就车载充电机可靠性测试方法作了初步归纳和总结。本文分析了从PN结到冷却液的温升,提出基于界面材料分析热传导的实用方法,并指出基于液冷板的功率器件有限元仿真两步法,并归纳了车载充电机常用的热界面材料;提出冷板压降计算的方法,并利用有限元软件FLOTHERM XT对冷板的压降进行仿真。同时,基于仿真分析流道困气点的速度场,并基于实际困气案例圆柱绕流和翼型鳍片绕流,考虑边界层流动分离产生的条件,提出在车载充电机具体应用上的控制边界层分离的方法。本文还提出车载充电机的可靠性验证方法,包括高温老化、热冲击、开机热应力循环、盐雾、防水、防尘以及振动与冲击等。