熱管理包括與電子設備和電路中產生的熱量的產生、控制和消散相關的所有技術解決方案。每個電子元件在其運行過程中都會產生一定量的熱量，這會對元件本身的性能和可靠性產生負面影響。由于每個電子行業(yè)都傾向于盡可能減小封裝尺寸，隨之而來的散熱問題使情況變得更加復雜。半導體的結溫應保持在制造商設定的限制以下；否則，可靠性和元件壽命都會受到影響。

熱管理挑戰(zhàn)

熱管理策略應該應用于任何能夠產生熱量的電子設備。在汽車行業(yè)，由于極端溫度和冷熱交替，這一方面對于保證高水平的可靠性和安全性至關重要。電子設計師面臨的最大挑戰(zhàn)之一是重現(xiàn)或模擬最嚴酷的工作條件，即電子設備承受高熱應力的條件。這項任務通過使用計算流體動力學 (CFD) 模擬軟件來促進，該軟件簡化了大功率電子設備的開發(fā)。汽車功率器件熱管理的主要挑戰(zhàn)是高功率密度、惡劣的環(huán)境條件、產品小型化和成本降低。應采取適當措施解決熱管理問題，從傳統(tǒng)的（散熱器、熱管和風扇）到更具創(chuàng)新性的（制冷劑冷卻、緊湊型換熱器、微型熱電冷卻器、相變材料、冷板冷卻）。熱管理的最新趨勢是通過開發(fā)納米技術和智能材料等先進解決方案，從單相傳熱技術轉向多相傳熱技術。

汽車應用

安裝在車輛上的電子設備的數(shù)量、價值和復雜性不斷增加。這使得功率器件的熱管理變得更加困難，同時也變得更加重要。乘客艙內散熱最高的動力設備包括熱通風和空調 (HVAC)、無線電和信息娛樂系統(tǒng)、儀表板、儀表和平視顯示器。乘客艙外的動力設備包括發(fā)動機控制單元 (ECU)、制動系統(tǒng)控制單元和不同類別的傳感器。這些設備帶來的主要挑戰(zhàn)涉及發(fā)動機艙內達到的高工作溫度，環(huán)境條件在非常廣泛的值范圍內變化，以及適用于汽車行業(yè)的標準所施加的非常嚴格的要求。電子設備，尤其是安裝在乘客艙外的電子設備，通常是密封的，以防止?jié)駳膺M入：這方面使冷卻變得更加復雜，這仍然僅限于基于傳導和對流的技術。發(fā)動機罩內的電子元件暴露在高溫下，散熱問題也與非常小的占地面積有關。混合動力 (HEV) 和電動 (EV) 汽車的日益普及使電動機和電池所需的冷卻需求脫穎而出。涉及的功率水平相當高，這也取決于車輛的“電氣化”程度。在“全混合”車輛中達到最高功率值，功率值高于 15kW，電壓高于 100V。因此，有必要使用基于使用散熱器、熱交換器和電動泵進行液體冷卻的先進冷卻技術。

在 HEV 和 EV 車輛中，電力電子設備執(zhí)行相關任務，例如控制電動機、與電子控制單元通信和診斷。除了 ECU 之外，其他典型組件還有逆變器和一個或多個 DC-DC 轉換器。為了使功率器件保持在推薦的溫度范圍內，它們應連接到車輛的冷卻/加熱系統(tǒng)。用于液體冷卻的熱交換器和電動泵。在 HEV 和 EV 車輛中，電力電子設備執(zhí)行相關任務，例如控制電動機、與電子控制單元通信和診斷。除了 ECU 之外，其他典型組件還有逆變器和一個或多個 DC-DC 轉換器。為了使功率器件保持在推薦的溫度范圍內，它們應連接到車輛的冷卻/加熱系統(tǒng)。用于液體冷卻的熱交換器和電動泵。在 HEV 和 EV 車輛中，電力電子設備執(zhí)行相關任務，例如控制電動機、與電子控制單元通信和診斷。除了 ECU 之外，其他典型組件還有逆變器和一個或多個 DC-DC 轉換器。為了使功率器件保持在推薦的溫度范圍內，它們應連接到車輛的冷卻/加熱系統(tǒng)。

商業(yè)級解決方案

汽車應用要求功率器件符合該領域設想的可靠性和安全標準，例如 AEC-Q100 和 AEC-Q101。英飛凌科技在為汽車市場開發(fā)和制造電子元件方面擁有 40 多年的經驗，擁有滿足每個汽車領域需求的大量半導體選擇。臨時文件，特別是通過其溫度傳感器提供第一級溫度和電流保護。溫度傳感器可在外部引腳上使用，可實現(xiàn)直接門訪問和靈活的溫度響應控制。圖 1 顯示了 Tempfet 器件的簡化框圖，該器件能夠在高達 1 MHz 的開關頻率和擴展溫度范圍（-40°C 至 +175°C）下運行。

圖 1：英飛凌 Tempfet 器件的框圖

STMicroelectronics擁有廣泛的功率器件產品組合，適用于汽車應用。其中包括PowerFLAT系列汽車功率 MOSFET，采用微型 5x6mm 雙面冷卻 (DSC) 封裝。新型 MOSFET（封裝如圖 2 所示）可提高汽車電子控制單元 (ECU) 的功率密度，是適用于汽車電機控制應用、電池反向保護和高性能電源開關的 40V 器件。0.8 毫米高的 PowerFLAT TM  5×6 DSC 保留了標準封裝的占位面積和熱效率底部設計，同時暴露了頂部源電極以進一步增強散熱，簡化熱管理。

圖 2：ST PowerFLAT MOSFET

安森美半導體擁有全面的創(chuàng)新節(jié)能功率器件產品組合，提供NVG800A75L4DSC，這是一款 750V-800A 功率模塊，具有雙面冷卻和緊湊的占地面積，適用于混合動力 (HEV) 和電動汽車 (EV) 牽引逆變器應用。該模塊由兩個采用半橋配置的窄臺面場截止 IGBT 組成。提供雙側液冷散熱器參考設計以及完整的逆變器套件 (NVG800A75L4-EVK)，以簡化設計。