国际能源署（IEA）估计，2019年，所有与运输有关的二氧化碳排放中，约有33%是由公共汽车和轻型至重型商用车产生的。在这些领域过渡到电驱动显然可以对减少我们的排放产生重大影响，但使这种高要求的车辆电动化并不是一件容易的事。尽管许多用于乘用车电动化的概念可以应用于大型车辆，但一些商用车也有其独特的挑战。
在2020年期间，UPS公司平均每天在全球范围内运送约2470万个包裹——而这只是众多大型快递公司中的一个！想象一下，一辆送货卡车在一天内要走走停停多少次。公共汽车工况也类似，长时间频繁地启动和停止，这对其变流器中的功率模块提出了高要求。此类应用的技术解决方案必须足够强大，以满足这些需求。
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用于不同电动汽车应用的散热器系统
今天的电动汽车通常使用密封式或开放式液体冷却散热器解决方案。在密封式系统中，功率模块直接安装在散热器的表面，两者之间需要有一层导热脂。虽然这种模块和水冷独立的设计，允许每个部分单独调整和优化，但整体性能会受到影响。在更有效的开放式设计中，功率模块与冷却液体直接接触，例如，通过一个平底板、一个针鳍结构或一个波浪结构。
顶部：标准的密封式散热器，功率模块和散热器之间有导热脂；
底部：开放式散热器，直接液体冷却
有结构件的模块基板可以产生湍流，增加与冷却液接触的表面积，这就是为什么它比平基板更受欢迎。那么，为什么不在平基板上增加一个波浪结构呢？这样的三维结构在模块的制造过程结束后，加到功率模块的背面。波浪结构大大增加了暴露在冷却液中的散热总表面积，同样也能造成液体中更高的湍流。正因为如此，采用这种设计的功率模块会产生更好的热传导，并降低半导体结对冷却液的热阻（Rth_jf）。
用于液体冷却的EconoDUAL™ 3 Wave的典型外观，具有波浪结构
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一个常用模块封装的Wave版本
我们新的EconoDUAL™ 3 Wave是根据这一概念设计的。EconoDUAL™ 3 Wave对英飞凌非常常用的EconoDUAL™ 3封装进行了升级，在背面采用了Wave冷却结构，以改善热阻，而不改变模块其它的特点和特性。
但这种Wave波浪结构有多大的作用呢？为了找出答案，我们用900安培标称电流的EconoDUAL™ 3半桥模块进行了测试。为了进行全面比较，对以下三种散热方式的配置进行了评估。
带有导热脂的密封闭散热器
带有平底基板的EconoDUAL™ 3模块（开放式散热器）
带有波浪结构的EconoDUAL™ 3 Wave模块（开放式散热器）。
通过比较这三种散热方式，我们确定了它们的设计不同对性能和寿命的影响，同时考虑与开放式散热器相比，评估密封式散热器所需的不同参数（流量和产生的压降Δp）。
图1：采用开放式散热器EconoDUAL™ 3 Wave（右）和标准EconoDUAL™ 3+密封式水冷板（左）的温度测量，两者都在500A Irms和15 l/min流量下运行，使用相同的温度刻度。
在应用测试中，EconoDUAL™ 3 Wave的工作温度明显降低（图1）。在500A，体积流量为15升/分钟的情况下，带wave的模块温度下降25K，温度波动更小（图2）。较低的温度波动对重型车辆的应用非常有吸引力，因为在这些应用中，为了避免大的温度波动，往往要限制最大温度。较低的温度波动，模块可以有更多的工作循环，从而延长使用寿命。除了改善热性能外，Wave波浪结构使输出电流增加了30%，这也提供了功率密度的增加。
图2：用热像仪测量的温度。Wave模块在不同的流速下的开放式散热器和15升/分钟的密封式散热器
根据最初的测试，EconoDUAL™ 3 Wave的版本可以在500A的条件下将封装的寿命提高到5倍（图3）。另外，在不同流量下，输出电流可以增加20-30%，而不影响使用寿命。从功率模块本身来看，它的电设计和栅极驱动板没有什么改变，这种Wave波浪结构的升级是一个非常有前途的产品---也是为你的重载商用车模块实现更大功率和更长寿命提供一个很好的方法。
图3：相对寿命：假设在给定的Irms只有一个温度波动，插图显示了各种设计的温度波动。
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