基于ICEPAK的EPS控制器散热设计和优化

摘要

随着半导体技术的发展，采用电子换向的无刷直流电机在电动助力转向系统（Electric Power Steering，EPS）的中得到应用，优化了汽车的转向性能。然而控制电机导通的功率半导体元器件在电机负载较大时会因为过热而造成控制器失效，从而影响控制器的稳定性，因此需要对EPS控制器进行热设计，从而保证EPS控制器工作的稳定性。
　　本文以EPS控制器中功率元器件：氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）为研究对象，结合EPS系统的工作的典型工况对EPS控制器进行热设计，确定了热源的功率损耗和散热方式，运用传热学知识，在分析热源热流路径的基础上选择散热器的型号，然后运用计算流体力学（CFD）软件ICEPAK对控制器在典型工况下的温度场进行模拟仿真，并对散热器进行了参数化分析，同时运用WORKBENCH DX模块对散热器的结构进行了优化，最后结合优化后的散热器对控制器进行了高温实验。实验表明：在自然冷却散热的情况下，优化后的散热器满足EPS控制器的散热需求。本文通过对EPS控制器进行热设计，综合运用理论设计和模拟仿真以及实验相结合的方式，完成了设计目标并缩短了EPS控制器的开发周期，对该类高密度密封电子设备的热设计、结构优化具有一定的参考价值。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究情况

1.3 本文的主要研究内容

第2章 传热学基础与计算流体力学

2.1 传热学基础

2.2 计算流体力学基础

2.3 本章小结

第3章 EPS控制器的散热设计

3.1 EPS控制器的功率模块

3.2 控制器的散热方式和散热路径

3.3 控制器热阻的计算

3.4 本章小结

第4章 EPS控制器的仿真和参数化

4.1 ICEPAK软件特点和算法

4.2 散热器的热仿真

4.3 影响散热器性能的参数

4.4 本章小结

第5章 散热器的优化和试验

5.1 DX模块简介

5.2 优化设计

5.3 高温实验

5.4 仿真与实验结果分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果