上一篇文章介紹了丹佛斯的汽車級功率模塊平台產品DCM™。這篇文章主要聊一聊里面的散熱結構，稱之為ShowerPower 3D。
ShowerPower介紹
首先想說的是這種散熱方式還是很有創新性的，據說其最初應用的出發點來自於，將普通的銅底板模塊實現直接水冷以降低系統熱阻的目的。其核心就是類似於下圖的這樣一個擾流板。他的主要特點就是分區散熱，冷卻液只在一個小的區域內流動，並帶走熱量。這樣溫差只出現在一個小的區域內，就避免了整個模塊溫差梯度過大的問題。同時通過對水流的精准控制，來實現對標准平板銅底板模塊的直接水冷散熱。
下面的動圖更好的展示出了ShowerPower的原理，以及降低溫度梯度的效果。
ShowerPower的實現方式是將模塊直接安裝在水槽上，中間放置上面介紹的擾流板。其結構如下圖所示。這種散熱方式還有一個好處就是可以把模塊布置更加緊密，實現更加優化的結構設計。
通過增加擾流板來實現標准平底板模塊水冷散熱的方式是一個很好的思路，如果把這個設計思路和模塊設計結合在一起，那就是把擾流板與散熱銅底板結合在一起。就是下面圖片中DCM™平台采用的，所謂的ShowerPower 3D的散熱結構了。在銅底板中直接實現這種帶有擾流效果的散熱結構。這樣可以大大增加冷卻液和銅底板的接觸面積，增加換熱效率。另外擾流效果也可以提高冷卻液的熱交換，提高散熱效率。根據其規格書提供的數據，采用三個99mm² IGBT芯片並聯的情況下，熱阻可以做到96K/kW(三個模塊並聯一起8L/min的流量)，可以說是非常優異的一個數值了。
這種散熱結構的安裝方式是安裝在上下兩側帶有進水和出水水道的水槽里。然后把三個模塊並排放置，實現並行的散熱結構，如下圖所示。
下面是三個模塊放在水冷板上的透視圖，可以看到，三個模塊下面都含有三個水道，總共九個水道是並聯的關系。每個模塊的進水溫度都是相同的，這樣就不會存在靠近出水口的模塊溫度過熱高而成為瓶頸的問題。
另外這種並聯水道的設計對於模塊內部的芯片並聯設計也帶來了可靠性的提升。下圖為該模塊內部芯片的布局圖，可以看出采用了三個IGBT和三個FWD並聯的結構，與水道是垂直方向。這樣所有的並聯芯片下面的冷卻液的溫度是相同的，這樣就有利於芯片結溫的均勻分布，進而是有利於並聯的芯片中電流均勻分布的。我們知道均流性越好，可靠性也就會越高；同時，溫度分布越均勻，可靠性也是越好。這樣就有利於模塊工作到更高結溫Tvj(op)同時保證可靠性，根據規格書中的信息，其產品可以工作到175℃結溫，且沒有時間限制。
當然，三個芯片放一起中間的肯定會比兩邊的溫度越高。這是一個固有的物理特性。即使下面的冷卻液溫度一樣，中間的芯片溫度也會是最高的。然而這種獨立水道的設計其實也給這個問題進一步優化提供了一定的空間。比如可以通過調整水道的寬度來調整水流分布，增加中間水道的寬度來來增加水流量，進而相對的提高這條水道的散熱能力。這樣中間位置的芯片的熱阻可以相對降低並使三個芯片的溫度趨於均衡，並提高模塊的可靠性。
ShowerPower專利分析
這種非常有創新性的散熱方式肯定是要申請專利的，而一般專利中會盡可能的涵蓋所有的設計可能，同時介紹典型的實施例，以擴大專利的保護范圍。關於專利的核心保護點，這里就直接引用權利要求書中的內容以及附圖：
2.根據權利要求1所述的電子電力系統，其特征在於，該冷卻結構包括至少一個壁結構，該至少一個壁結構用於加強該基板並沿着該冷卻結構引導冷卻劑
可以看出，該專利的核心保護點，就是這種散熱水道的設計形式。值得注意的是，專利中提到這是一種一次成型的結構，相對於二次加工的直接水冷散熱結構，其實也是增加了底板的厚度並增強其整體的剛度以及穩定性的。這也是對可靠性方面的一個增強。
該專利里還有一個有意思的實施例，如下圖所示。這種水道結構是一種由中心到邊沿的水流方向。而且實施例說明中指出一般電力電子設備中，靠中間的位置需要更優的散熱能力，而這種結構則滿足了這樣的要求。
其種這種散熱水道的思路，本身就是在主動的調整和優化冷卻液來實現更優的散熱效果。完全是可以根據DBC上芯片的布局損耗等來進行水道優化設計以實現最優的模塊設計。
總結
這種獨立水道的水冷設計方案還是非常有創新性的。在提升散熱效率降低熱阻的同時，也在系統可靠性上有着諸多的提升。這種可靠性上的考慮和優化雖然不一定直接反映在性能上，但是對於電動汽車推廣過程中消費者對電動汽車的認可還是有着積極的意義的。
