基于ICEPAK的EPS控制器散热设计和优化

发布时间：2017-10-30 14:14

  本文关键词：基于ICEPAK的EPS控制器散热设计和优化

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【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。
【关键词】：EPS控制器 MOSFET 散热器 ICEPAK WORKBENCH DX
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究情况10-12
• 1.2.1 国内研究情况10-11
• 1.2.2 国外研究现状11-12
• 1.3 本文的主要研究内容12-15
• 第2章 传热学基础与计算流体力学15-21
• 2.1 传热学基础15-16
• 2.1.1 热传导15-16
• 2.1.2 对流换热16
• 2.1.3 辐射换热16
• 2.2 计算流体力学基础16-20
• 2.2.1 计算流体力学方法简介17
• 2.2.2 流体力学CFD的控制方程17-20
• 2.2.3 计算流体力学的计算步骤20
• 2.3 本章小结20-21
• 第3章 EPS控制器的散热设计21-33
• 3.1 EPS控制器的功率模块21-24
• 3.1.1 功率MOSFET的结构和工作原理22-23
• 3.1.2 MOSFET功率计算23-24
• 3.2 控制器的散热方式和散热路径24-25
• 3.3 控制器热阻的计算25-31
• 3.3.1 MOSFET热阻28
• 3.3.2 安装热阻28-30
• 3.3.3 计算散热器热阻30
• 3.3.4 EPS控制器散热器的选择30-31
• 3.4 本章小结31-33
• 第4章 EPS控制器的仿真和参数化33-45
• 4.1 ICEPAK软件特点和算法33-34
• 4.1.1 ICEPAK软件特点33-34
• 4.1.2 SIMPLE算法34
• 4.2 散热器的热仿真34-38
• 4.2.1 模型的建立34-35
• 4.2.2 网格划分35-36
• 4.2.3 求解设置36-37
• 4.2.4 仿真结果及分析37-38
• 4.3 影响散热器性能的参数38-43
• 4.3.1 散热器基座厚度的影响39-40
• 4.3.2 散热器肋片高度的影响40-41
• 4.3.3 散热器肋片厚度的影响41-42
• 4.3.4 散热器肋片数目的影响42-43
• 4.4 本章小结43-45
• 第5章 散热器的优化和试验45-57
• 5.1 DX模块简介45-46
• 5.2 优化设计46-50
• 5.2.1 DOE实验设计算法46
• 5.2.2 响应面拟合46-48
• 5.2.3 优化方法48-49
• 5.2.4 仿真优化结果49-50
• 5.3 高温实验50-54
• 5.3.1 测试设备50-52
• 5.3.2 控制器测试点52-54
• 5.3.3 试验方案54
• 5.4 仿真与实验结果分析54-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第6章 总结与展望57-59
• 6.1 结论57-58
• 6.2 创新点58
• 6.3 展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-65
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果65

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