专利名称：车用电子控制单元散热控制方法
技术领域：
本发明涉及车用的电子控制单元(ECU)的设计领域，更具体地说，本发明涉及一 种车用电子控制单元散热的控制方法。
背景技术：
电子组件的主要失效形式是热失效。随着温度的增加，其失效率呈指数增长趋势。 在电子行业中，器件环境温度每升高10°c时，往往其失效率增加一个数量级，这就是所谓的 “10°c法则”。根据相关文献记载，电子设备的失效率有55%是温度超过规定的值引起的， 因此，对电子设备而言，即使是降低rc，也将使设备的失效率降低一个可观的量值，这对于 可靠性要求高的电子系统尤为重要。例如，民航的电子设备每降低rc，一定温度下其失效 率将下降4% ；再如P111500芯片，其集成的元器件数目达到了百万之多，运行温度显著提 高，虽然采用了散热片、风扇等措施来进行冷却降温，但仍得不到所要求的效果，Intel公司 不得不将其工作电压从5V降低到3V，甚至更低，以减小其功耗，控制内部温度，保证其正常 工作。可见，温升的控制或热设计是十分重要的。散热控制的目的是利用热的传递特性，在充分掌握各种设备热失效参数的前提 下，通过优化设计热流通路，降低设备与散热环境之间的热阻，比如提供一个温度比较低的 散热器，以较少的冷却代价把设备内部有害的热量尽可能释放掉，使设备在其所处环境条 件下，保持在可靠性要求所规定的温度范围之内，确保设备、安全地工作。国内车用的电子控制单元的研制现在已取得了一定的成绩，但在产业化之前，关 于车用的电子控制单元的散热、振动等研究工作还没有在做，所以当车用的电子控制单元 工作在恶劣的环境下时，其热稳定性不能得到保证，会经常出现车用的电子控制单元芯片 烧掉的情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服车用的电子控制单元工作在恶劣的环境下其 热稳定性不能得到保证而经常出现车用的电子控制单元芯片烧掉的问题，提供了一种车用 的电子控制单元散热的控制方法。为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的所述的车用电子控制 单元散热控制方法包括如下步骤1.确定车用电子控制单元中额定功率> 50mff的大功率元器件、额定功率> 50mw 的大功率元器件的热阻及额定功率彡50mw的大功率元器件允许的最高工作温度。2.仿真分析额定功率> 50mff的大功率元器件的电流变化情况，测得主要驱动模 块驱动负载两端的电流。3.计算各个额定功率> 50mw的大功率元器件的功耗和平均功耗。4.确定车用电子控制单元中PCB板的层叠结构、材料、布线、含铜率及散热方式并 确定车用电子控制单元工作时的外界条件。
所述车用的电子控制单元工作时的外界条件包括工作温度、风速、是否有散热装 置，散热装置与电子控制单元的相对位置关系。5.建立车用电子控制单元的热仿真模型求解计算车用电子控制单元的最高工作 温度及其整体温度分布情况。6.根据热仿真模型计算结果设计车用电子控制单元的散热方式降低其工作时的温度。技术方案中所述的确定车用电子控制单元中额定功率> 50mw的大功率元器件、 额定功率> 50mw的大功率元器件的热阻及额定功率> 50mw的大功率元器件允许的最高工 作温度包括如下步骤1.确定车用电子控制单元中PCB板上额定功率>50mw的大功率元器件，并由额定 功率> 50mw的大功率元器件供应商那获得额定功率> 50mw的大功率元器件封装类型以及 额定功率> 50mw的大功率元器件的热阻，包括结到壳体和结到底板的热阻。2.对于车用的电子控制单元内大部分电阻，由于流过的电流非常小，将其简化成 覆在PCB板上的功耗。3.确定车用的电子控制单元壳体与PCB板接触部分导热胶的厚度及导热系数。4.额定功率> 50mw的大功率元器件的额定最大功耗由额定最大工作电压和额定 最大工作电流的乘积得到。技术方案中所述的仿真分析额定功率> 50mw的大功率元器件的电流变化情况， 测得主要驱动模块驱动负载两端的电流包括如下步骤1.采用驱动仿真试验电路验证额定功率> 50mw的大功率元器件的大电流驱动电 路的可行性。 2.驱动模块电路试制完成后，通过试验测得负载两端电流在一个周期内的变化情 况。技术方案中所述的计算各个额定功率> 50mw的大功率元器件的功耗和平均功耗 包括如下步骤1.功率M0SFET管上消耗的功率和平均功耗计算，2.功率二极管上消耗的功率和平均功耗计算。技术方案中所述的功率M0SFET管上消耗的功率和平均功耗计算包括如下步骤按照电路定律，功率M0SFET管消耗的瞬态功率可以从输入输出的电压差乘以电 流计算得出来；1.以一定喷油脉宽的单次喷油为例，功率M0SFET管上消耗的功率为
权利要求
一种车用电子控制单元散热控制方法，其特征在于，所述的车用电子控制单元散热控制方法包括如下步骤1)确定车用电子控制单元中额定功率≥50mW的大功率元器件、额定功率≥50mw的大功率元器件的热阻及额定功率≥50mw的大功率元器件允许的最高工作温度；2)仿真分析额定功率≥50mW的大功率元器件的电流变化情况，测得主要驱动模块驱动负载两端的电流；3)计算各个额定功率≥50mw的大功率元器件的功耗和平均功耗；4)确定车用电子控制单元中PCB板的层叠结构、材料、布线、含铜率及散热方式并确定车用电子控制单元工作时的外界条件；所述车用的电子控制单元工作时的外界条件包括工作温度、风速、是否有散热装置，散热装置与电子控制单元的相对位置关系；5)建立车用电子控制单元的热仿真模型求解计算车用电子控制单元的最高工作温度及其整体温度分布情况；6)根据热仿真模型计算结果设计车用电子控制单元的散热方式降低其工作时的温度。
2.按照权利要求1所述的车用电子控制单元散热控制方法，其特征在于，所述的确定 车用电子控制单元中额定功率> 50mw的大功率元器件、额定功率> 50mw的大功率元器件 的热阻及额定功率彡50mw的大功率元器件允许的最高工作温度包括如下步骤1)确定车用电子控制单元中PCB板上额定功率>50mw的大功率元器件，并由额定功率 ^ 50mw的大功率元器件供应商那获得额定功率> 50mw的大功率元器件封装类型以及额定 功率> 50mw的大功率元器件的热阻，包括结到壳体和结到底板的热阻；2)对于车用的电子控制单元内大部分电阻，由于流过的电流非常小，将其简化成覆在 PCB板上的功耗；3)确定车用的电子控制单元壳体与PCB板接触部分导热胶的厚度及导热系数；4)额定功率>50mw的大功率元器件的额定最大功耗由额定最大工作电压和额定最大 工作电流的乘积得到。
3.按照权利要求1所述的车用电子控制单元散热控制方法，其特征在于，所述的仿真 分析额定功率> 50mw的大功率元器件的电流变化情况，测得主要驱动模块驱动负载两端 的电流包括如下步骤1)采用驱动仿真试验电路验证额定功率>50mw的大功率元器件的大电流驱动电路的 可行性；2)驱动模块电路试制完成后，通过试验测得负载两端电流在一个周期内的变化情况。
4.按照权利要求1所述的车用电子控制单元散热控制方法，其特征在于，所述的计算 各个额定功率> 50mw的大功率元器件的功耗和平均功耗包括如下步骤1)功率MOSFET管上消耗的功率和平均功耗计算；2)功率二极管上消耗的功率和平均功耗计算。
5.按照权利要求4所述的车用电子控制单元散热控制方法，其特征在于，所述的功率 MOSFET管上消耗的功率和平均功耗计算包括如下步骤按照电路定律，功率MOSFET管消耗的瞬态功率可以从输入输出的电压差乘以电流计 算得出来；1)以一定喷油脉宽的单次喷油为例，功率MOSFET管上消耗的功率为
6.按照权利要求1所述的车用电子控制单元散热控制方法，其特征在于，所述的功率 二极管上消耗的功率和平均功耗计算包括如下步骤1)功率二极管采用快速恢复二极管，开关的瞬间存在剧烈的电压、电流波动，但是由于 其节间电容很小，因此可以忽略开关损耗；2)在一定温度下二极管的导通压降为常值，功率损耗为
7.按照权利要求1所述的车用电子控制单元散热控制方法，其特征在于，所述的建立 车用电子控制单元的热仿真模型是指包括额定功率> 50mw的大功率元器件功耗、热阻、电 子控制单元中PCB板的层叠结构、材料、含铜率、散热方式及车用电子控制单元工作时的外 界条件在内的热仿真模型，热仿真模型采用的软件是ANSYS、ICEPAK或FL0THERM。
8.按照权利要求1所述的车用电子控制单元散热控制方法，其特征在于，所述的设计车用电子控制单元的散热方式降低其工作时的温度是指1)改变车用电子控制单元中PCB板上额定功率>50mw的大功率元器件的布局，改变 PCB板上额定功率> 50mw的大功率元器件的布局包括额定功率> 50mw的大功率元器件的 位置与在额定功率> 50mw的大功率元器件的下面增加热过孔；2)改变车用电子控制单元中壳体的结构，即在壳体上增加散热肋或/和增加冷却管道；3)车用电子控制单元试制完成后进行的试验和仿真试验优化结果相协调达到降低车 用电子控制单元的工作温度。
全文摘要
本发明公开了车用电子控制单元散热控制方法。旨在克服车用电子控制单元热稳定性不能保证而芯片烧掉的问题。其包括步骤1.确定车用电子控制单元中额定功率≥50mW的大功率元器件、其热阻及其允许最高工作温度；2.仿真分析元器件电流变化情况，测得主要驱动模块驱动负载两端的电流；3.计算各个元器件的功耗和平均功耗；4.确定车用电子控制单元中PCB板的层叠结构、材料、布线、含铜率及热过孔等散热方式并确定车用电子控制单元工作时的外界条件；5.建立车用电子控制单元的热仿真模型，求解计算车用电子控制单元的最高工作温度及其整体温度分布情况；6.根据热仿真模型计算结果设计车用电子控制单元的散热方式并通过试验进行验证。
文档编号H05K7/20GK101945563SQ20101026949
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者刘四海, 刘振杰, 张祥平, 李永军, 李永发, 焦育成, 雷雨龙 申请人:吉林大学