一、热电瞬态制冷技术对芯片峰值温度的控制

随着电子产品的小型化和高功率化，其热流密度越来越大、温度越来越高，导致电子产品的工作效率大幅度降低。特别的，当芯片达到峰值峰值功率时，芯片的温度立即剧烈升高到峰值温度，严重影响芯片的效率和工作寿命。因此对芯片的温度控制是极其重要的。热电制冷技术是一种主要基于帕尔贴效应的新型制冷技术，由于其具有结构简单、制冷迅速、寿命长等优点，可实现精准温度控制，因此热电制冷技术在电子产品的热管理方面受到了越来越多的关注。当为热电模块施加直流电流时，热电模块的热端放热、冷端吸热产生低温以达到为芯片降温的目的。若为热电模块施加一个数倍于稳态电流的脉冲电流，冷端的温度将会大幅度降低，短时间内产生较大的制冷能力，以此来控制芯片的峰值温度。

   图1为热电瞬态制冷几何模型，热电模块的冷端与芯片贴合，热电模块的热端与散热块贴合。当芯片的热流密度变化如图2黑色线所示时，芯片的温度将会迅速升高，并最终达到峰值温度，如图3蓝色曲线。若为热电模块施加一个如图2红色线所示的脉冲电流，可控制芯片的温度低于峰值温度，如图3黑色曲线所示。

图1.热电瞬态制冷模型

图2.芯片热流密度与脉冲电流随时间的变化

图3.芯片峰值温度的控制

二、充电桩散热研究

电动汽车在对抗导致全球变暖的温室气体排放中起到重要的作用，随着我国新能源汽车的飞速发展，相关基础设施也在不断完善，力争满足市场上新能源汽车的需要。作为电动汽车的“加油站”，充电桩的建设也随之快速发展，而人们对于充电桩充电速度的要求也越发严格，高速充电也给充电桩内部的散热系统加以巨大压力。

电动汽车直流充电桩主要包括电源输入模块、功率模块、充电母线、抽风风扇、充电控制单元、电能计量单元和人机交互单元等。充电桩技术的进步对电动汽车的发展至关重要，充电速度的提升，一方面对电池与电缆等设施升级更新提出了要求；另一方面也对充电桩内部的散热系统提出了严峻挑战。没有高效合理的散热系统，电子器件的可靠性及使用寿命将会大幅降低，同时热失控是一种严重的安全问题，因此课题组提出了超薄扁平热管与散热翅片复合式充电模块散热系统，为充电桩充电模块提供适合的温度环境来保持其稳定工作和使用寿命，防止热失控的发生，以保证充电桩的安全性。

(a)                                  (b)

本课题组迎接国家能源发展政策对提出科学研究的挑战，对提出新型充电模块散热系统进行模拟仿真分析，结果表明：在芯片上加设超薄热管后，芯片表面的温度显著降低，其中芯片的最高温度降低约17.7℃；对于超薄热管紧贴的位置，芯片的温度降低26.2℃，且复合散热系统的散热效果优于传统的风扇风冷散热；在相同环境条件下可以使用更低功率的风扇来达到降低风扇噪音的目的。

                            (a)                                  (b)

图2. (a)原散热系统作用下模块内部芯片表面温度分布情况；(b)本课题组提出新型散热系统作用下模块内部芯片表面温度分布情况