Керамічна система охолодження теплової трубки для потужних магнітних компонентів

Структура та принцип роботи керамічних теплових трубок подібні до металевих теплових трубок (таких як мідні водяні теплові трубки). Однак труби керамічних теплових трубок спечені з високотеплопровідних непористих керамічних матеріалів, а серцевина, що поглинає рідину, випалена з пористої кераміки, яка всередині заповнена робочою рідиною. Коли тепло подається на один кінець трубопроводу (випарник), рідина всередині трубопроводу випаровується, а потім пара надходить до іншого кінця трубопроводу (конденсатора), який зазвичай контактує з радіатором або охолоджуючим середовищем. . Коли пара віддає тепло до більш холодного кінця, вона конденсується в рідину та повертається до секції випарника через капілярну дію в пористих керамічних матеріалах. Повторіть цей цикл, щоб ефективно передати тепло від гарячого кінця трубопроводу до холодного.

Першу керамічну теплову трубку можна простежити до 1975 року. Перші керамічні теплові трубки виготовлялися з карбіду кремнію (SiC) і використовували натрій як робочу рідину. Хімічне осадження з парової фази шару вольфраму (W), прикріпленого до внутрішньої поверхні трубки, може запобігти взаємодії між натрієвими та керамічними матеріалами стінки. Функції цих труб були експериментально перевірені при температурах до 1100 градусів C і використовуються для високотемпературних застосувань, але вони дорогі у виробництві.

Високочастотні трансформатори, які використовуються в зарядних станціях, зарядних коробках та інших додатках, в основному складаються з магнітних сердечників, обмоток та ізоляційних матеріалів для фіксованих обмоток. Зазвичай магнітні сердечники виготовляються з магнітних матеріалів, таких як ферит, щоб відповідати таким показникам продуктивності, як частотна характеристика та втрати магнітного сердечника. Високочастотні трансформатори генерують велику кількість тепла через опір джоулевим теплам і втратам на вихрові струми, і їх прагнення до меншого об’єму перешкоджає ефективній вентиляції та розсіюванню тепла. Тому необхідно розробити ефективну систему розсіювання тепла для корпусу трансформатора та друкованої плати, щоб запобігти перегріву пристрою та забезпечити надійну роботу. Цього можна досягти різними методами, такими як примусове повітряне охолодження, рідинне охолодження або змішані схеми охолодження.

При виборі системи охолодження для зарядних станцій електромобілів (зарядних коробок) можна використовувати змішаний метод охолодження теплової труби в поєднанні з пластинами рідинного охолодження, щоб допомогти таким пристроям живлення, як МОП-транзистори та магнітні пристрої (такі як індуктори та трансформатори), розсіюватися. швидко нагрівається. Перше рішення полягає в примусовій циркуляції повітря всередині корпусу зарядного пристрою, одночасно передаючи тепло пластині рідинного охолодження через алюмінієвий ребристий радіатор і вузол теплової трубки. Друге рішення полягає в інкапсуляції магнітних компонентів і теплових трубок разом із теплопровідною епоксидною смолою та передачі тепла пластині рідинного охолодження через компоненти теплової трубки.

Дослідження показали, що теплова трубка та магнітні компоненти другої схеми можуть повністю обмінюватися теплом, передаючи тепло охолодженій рідиною пластині з дуже низьким тепловим опором. Однак перше рішення має нижчу ефективність охолодження, ніж рішення для ущільнення теплової трубки, через нездатність алюмінієвого ребристого радіатора повністю контактувати з магнітними компонентами.

Однак існує значна кількість втрат на вихрові струми в металевих радіаторах у поточних схемах охолодження, таких як радіатори з алюмінієвими ребрами та мідні теплові трубки. Ці втрати на вихрові струми, викликані магнітними компонентами, негативно впливають на продуктивність і надійність зарядних пристроїв. Кераміка є електроізоляційним матеріалом, який запобігає виникненню струму і тому не створює вихрових струмів, ефективно усуваючи втрати на вихрові струми. Вони особливо підходять для охолодження високочастотних магнітних компонентів, таких як високочастотні котушки індуктивності та трансформатори.

Керамічні теплові трубки забезпечують охолодження, стійке до високих температур, тривалий термін служби та низькі втрати для високочастотних магнітних електронних пристроїв. Однак він також стикається з проблемами високої вартості через складні виробничі процеси та незрілі ланцюги поставок. В даний час попит на швидку зарядку постійним струмом стрімко зростає, і проблема розсіювання тепла потужних і високочастотних магнітних компонентів у системах зарядки електромобілів посилюється. Це неминуче висвітлить недостатні магнітні втрати металевих радіаторів, і перевага керамічних теплових трубок в усуненні втрат на вихрові струми буде посилена. Таким чином, очікується, що ізоляційна двофазна технологія пасивного розсіювання тепла, представлена ​​керамічними тепловими трубками, відкриє нові перспективи в області термоуправління потужного силового електронного обладнання в електромобілях.