Keraaminen lämpöputkien jäähdytysjärjestelmä suuritehoisille magneettikomponenteille

Keraamisten lämpöputkien rakenne ja toimintaperiaate ovat samankaltaisia ​​kuin metallisten lämpöputkien (kuten kupariset vesilämpöputket). Keraamisten lämpöputkien putket on kuitenkin sintrattu korkean lämmönjohtavuuden, ei-huokoisista keraamisista materiaaleista, ja nestettä imevä ydin poltetaan huokoisesta keramiikasta, joka on täytetty sisällä olevalla työnesteellä. Kun lämpöä johdetaan putkilinjan toiseen päähän (höyrystin), putkilinjan sisällä oleva neste haihtuu ja sitten höyry virtaa putkilinjan toiseen päähän (lauhduttimeen), joka on yleensä kosketuksissa jäähdyttimen tai jäähdytysväliaineen kanssa. . Kun höyry luovuttaa lämpöä viileämpään päähän, se tiivistyy nesteeksi ja palaa höyrystinosaan huokoisten keraamisten materiaalien kapillaaritoiminnan kautta. Toista tämä sykli siirtääksesi lämpöä tehokkaasti putkilinjan kuumasta päästä kylmään päähän.

Varhaisin keraaminen lämpöputki voidaan jäljittää vuodelta 1975. Varhaiset keraamiset lämpöputket valmistettiin piikarbidista (SiC) ja niissä käytettiin työnesteenä natriumia. Putken sisäpintaan kiinnitetyn volframikerroksen (W) kemiallinen höyrysaostus voi estää natriumin ja keraamisten seinämateriaalien välisen vuorovaikutuksen. Näiden putkien toiminta on kokeellisesti todistettu jopa 1100 asteen lämpötiloissa ja niitä käytetään korkeissa lämpötiloissa, mutta niiden valmistus on kallista.

Latausasemissa, latauslaatikoissa ja muissa sovelluksissa käytettävät suurtaajuusmuuntajat koostuvat pääasiassa magneettisydämistä, käämeistä ja kiinteiden käämien eristysmateriaaleista. Yleensä magneettiytimet valmistetaan magneettisista materiaaleista, kuten ferriitistä, jotta ne täyttävät suorituskykyindikaattorit, kuten taajuusvasteen ja magneettisydänhäviön. Suurtaajuusmuuntajat tuottavat suuren määrän lämpöä vastusjoule-lämpö- ja pyörrevirtahäviöistä johtuen, ja niiden pyrkiminen pienempään tilavuuteen estää tehokkaan ilmanvaihdon ja lämmönpoiston. Siksi on tarpeen suunnitella tehokas lämmönpoistojärjestelmä muuntajan rungolle ja piirilevylle laitteen ylikuumenemisen estämiseksi ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi. Tämä voidaan saavuttaa erilaisilla menetelmillä, kuten pakotetulla ilmajäähdytyksellä, nestejäähdytyksellä tai sekajäähdytysmenetelmillä.

Sähköajoneuvojen latausasemien (latauslaatikoiden) jäähdytysjärjestelmän valinnassa voidaan käyttää sekoitettua lämpöputken jäähdytysmenetelmää yhdistettynä nestejäähdytyslevyihin teholaitteiden, kuten MOSFETien ja magneettisten laitteiden (kuten induktorit ja muuntajat) hajaantumiseen. kuumenee nopeasti. Ensimmäinen ratkaisu on pakottaa ilma kiertämään laturin kotelon sisällä samalla kun lämpöä siirretään nesteen jäähdytyslevylle alumiinilamppujäähdyttimen ja lämpöputkikokoonpanon kautta. Toinen ratkaisu on kapseloida magneettiset komponentit ja lämpöputket yhteen lämpöä johtavaan epoksihartsiin ja siirtää lämpöä nestejäähdytyslevylle lämpöputken komponenttien kautta.

Tutkimus on osoittanut, että toisen järjestelmän lämpöputki ja magneettiset komponentit voivat vaihtaa lämpöä täysin siirtäen lämpöä nestejäähdytteiselle levylle erittäin alhaisella lämpövastuksella. Ensimmäisellä ratkaisulla on kuitenkin alhaisempi jäähdytysteho kuin lämpöputken tiivistysratkaisulla, koska alumiinilamellipatteri ei pysty täysin koskettamaan magneettisia komponentteja.

Nykyisissä jäähdytysjärjestelmissä, kuten alumiiniripaisissa jäähdytyselementeissä ja kuparisissa lämpöputkissa, on kuitenkin huomattava määrä pyörrevirtahäviöitä. Nämä magneettisten komponenttien aiheuttamat pyörrevirtahäviöt vaikuttavat haitallisesti laturien suorituskykyyn ja luotettavuuteen. Keramiikka on sähköinen eristysmateriaali, joka estää virran syntymisen ja siksi ei tuota pyörrevirtoja, mikä eliminoi tehokkaasti pyörrevirtahäviöt. Ne soveltuvat erityisen hyvin korkeataajuisten magneettikomponenttien, kuten suurtaajuisten kelojen ja muuntajien jäähdyttämiseen.

Keraamiset lämpöputket tarjoavat korkeataajuisille magneettisille elektronisille laitteille jäähdytysratkaisun, joka kestää korkeita lämpötiloja, kestää pitkään ja on pieni häviö. Se kohtaa kuitenkin myös korkeita kustannuksia, jotka johtuvat monimutkaisista valmistusprosesseista ja epäkypsistä toimitusketjuista. Tällä hetkellä tasavirtapikalatauksen kysyntä kasvaa nopeasti, ja sähköajoneuvojen lataussovelluksissa käytettävien suuritehoisten ja korkeataajuisten magneettikomponenttien lämmönpoistohaaste lisääntyy. Tämä korostaa väistämättä metallisten lämpöpattereiden riittämätöntä magneettista häviötä, ja keraamisten lämpöputkien etu pyörrevirtahäviöiden eliminoinnissa vahvistuu. Siksi keraamisten lämpöputkien edustaman eristyskaksivaiheisen passiivisen lämmönpoistotekniikan odotetaan avaavan uusia näkymiä sähköajoneuvojen suuritehoisten elektronisten laitteiden lämmönhallinnan alalla.