发动机控制器ECU中功率管的温度预测研究*

任国峰,田 丰,杨 林

(上海交通大学 汽车电子技术研究所,上海 200240)

当今汽车对安全、节能环保以及舒适性、操纵稳定性等功能的要求越来越高，使得迅速发展的电子技术在汽车领域获得了广泛的应用，传统的机械控制系统逐渐被电子控制系统所取代，从发动机控制系统、动力传动总成控制到车身和底盘控制等[1-2].而功率MOSFET管，作为汽车中最重要的功率整流控制器件在汽车ECU内广泛应用.据统计，汽车上有60%的功率流动控制都是通过MOSFET管来实现的[3].而MOSFET管在工作时会因为它的导通和开关而消耗一定的功率，消耗的功率会转化成热，从而造成了MOSFET管的工作温度升高.在较高的温度下，这些器件的可靠性会降低，工作寿命也会缩短.据美国汽车工程师协会SAE调查研究[4]，在所有引起汽车发动机ECU失效的因素当中，有40%是由于工作温度过高而引起的.

工作于稳态条件下的MOSFET管的温升ΔT可以通过稳态热阻公式ΔT=P×Rth计算，但是ECU内的功率管大多都工作在PWM开关脉宽调制状态下，在开关脉冲功率作用于功率器件时，由于器件自身存在的热容，器件的结点温度并不会瞬时升高到峰值温度，采用上式计算峰值节点工作温度，会过高预测其峰值温度.所以在发动机ECU设计开发过程中，如果能在硬件设计制作之前就对功率器件的峰值节点工作温度作出精确预测，确保其峰值节点温度不会超过器件允许的最高安全工作温度限值，对于提高ECU工作的稳定性和可靠性，缩……