Sistem de răcire cu conducte termice ceramice pentru componente magnetice de mare putere
Structura și principiul de funcționare a conductelor de căldură ceramice sunt similare cu cele ale conductelor de căldură metalice (cum ar fi conductele de căldură de cupru). Cu toate acestea, țevile conductelor de căldură ceramice sunt sinterizate din materiale ceramice neporoase cu conductivitate termică ridicată, iar miezul absorbant de lichid este ard din ceramică poroasă, care este umplută cu fluid de lucru în interior. Când căldura este aplicată la un capăt al conductei (evaporator), fluidul din interiorul conductei se va evapora, iar apoi aburul va curge la celălalt capăt al conductei (condensator), care este de obicei în contact cu radiatorul sau cu mediul de răcire. . Când aburul eliberează căldură la capătul rece, se condensează într-un lichid și revine în secțiunea evaporatorului prin acțiune capilară în materiale ceramice poroase. Repetați acest ciclu pentru a transfera eficient căldura de la capătul fierbinte al conductei la capătul rece.
Cea mai veche conductă de căldură ceramică poate fi urmărită din 1975. Primele conducte de căldură ceramice au fost fabricate din carbură de siliciu (SiC) și au folosit sodiu ca fluid de lucru. Depunerea chimică de vapori a stratului de wolfram (W) atașat la suprafața interioară a tubului poate împiedica interacțiunea dintre sodiu și materialele ceramice ale peretelui. Funcțiile acestor țevi au fost verificate experimental la temperaturi de până la 1100 de grade C și sunt utilizate pentru aplicații la temperaturi înalte, dar sunt costisitoare de fabricat.
Transformatoarele de înaltă frecvență utilizate în stațiile de încărcare, cutiile de încărcare și alte aplicații sunt compuse în principal din miezuri magnetice, înfășurări și materiale de izolare pentru înfășurările fixe. De obicei, miezurile magnetice sunt realizate din materiale magnetice, cum ar fi ferita, pentru a îndeplini indicatorii de performanță, cum ar fi răspunsul în frecvență și pierderea miezului magnetic. Transformatoarele de înaltă frecvență generează o cantitate mare de căldură datorită rezistenței la căldură Joule și a pierderilor de curenți turbionari, iar urmărirea lor pentru un volum mai mic împiedică ventilația eficientă și disiparea căldurii. Prin urmare, este necesar să se proiecteze un sistem eficient de disipare a căldurii pentru corpul transformatorului și placa de circuite PCB pentru a preveni supraîncălzirea dispozitivului și pentru a asigura o funcționare fiabilă. Acest lucru poate fi realizat prin diferite metode, cum ar fi răcirea forțată cu aer, răcirea cu lichid sau schemele de răcire mixtă.
La selectarea sistemului de răcire pentru stațiile de încărcare a vehiculelor electrice (cutii de încărcare), o metodă mixtă de răcire a conductei de căldură combinată cu plăci de răcire cu lichid poate fi utilizată pentru a ajuta dispozitivele de alimentare precum MOSFET-urile și dispozitivele magnetice (cum ar fi inductoarele și transformatoarele) să se disipeze. incalzeste repede. Prima soluție este de a forța circulația aerului în interiorul carcasei încărcătorului, transferând în același timp căldura către placa de răcire cu lichid printr-un radiator din aluminiu și un ansamblu conductă de căldură. A doua soluție este încapsularea componentelor magnetice și a conductelor de căldură împreună cu rășină epoxidica conductoare termic și a transferului căldurii pe placa de răcire cu lichid prin componentele conductei de căldură.
Cercetările au arătat că conducta de căldură și componentele magnetice ale celei de-a doua scheme pot face schimb de căldură complet, transferând căldură pe placa răcită cu lichid cu rezistență termică foarte scăzută. Cu toate acestea, prima soluție are performanțe de răcire mai scăzute decât soluția de etanșare a conductelor de căldură din cauza incapacității radiatorului cu aripioare de aluminiu de a contacta complet componentele magnetice.
Cu toate acestea, există o cantitate considerabilă de pierderi de curenți turbionari în radiatoarele metalice în schemele actuale de răcire, cum ar fi radiatoarele cu aripioare din aluminiu și conductele de căldură din cupru. Aceste pierderi de curenți turbionari cauzate de componentele magnetice au efecte adverse asupra performanței și fiabilității încărcătoarelor. Ceramica este un material de izolare electrică care previne generarea de curent și, prin urmare, nu generează curenți turbionari, eliminând efectiv pierderile curenților turbionari. Acestea sunt potrivite în special pentru răcirea componentelor magnetice de înaltă frecvență, cum ar fi inductoarele și transformatoarele de înaltă frecvență.
Conductele de căldură ceramice oferă o soluție de răcire care este rezistentă la temperaturi ridicate, de lungă durată și pierderi reduse pentru dispozitivele electronice magnetice de înaltă frecvență. Cu toate acestea, se confruntă și cu probleme de costuri ridicate din cauza proceselor complexe de fabricație și a lanțurilor de aprovizionare imature. În prezent, cererea de încărcare rapidă DC este în creștere rapidă, iar provocarea de disipare a căldurii a componentelor magnetice de mare putere și de înaltă frecvență în aplicațiile de încărcare a vehiculelor electrice se intensifică. Acest lucru va evidenția inevitabil pierderea magnetică insuficientă a radiatoarelor metalice, iar avantajul conductelor de căldură ceramice în eliminarea pierderilor de curenți turbionari va fi amplificat. Prin urmare, tehnologia de disipare a căldurii pasivă în două faze de izolare reprezentată de conductele de căldură ceramice este de așteptat să deschidă noi perspective în domeniul managementului termic al echipamentelor electronice de mare putere din vehiculele electrice.
