Sistema de refrigeración por tubo de calor cerámico para componentes magnéticos de alta potencia
La estructura y el principio de funcionamiento de los heatpipes cerámicos son similares a los de los heatpipes metálicos (como los heatpipes de cobre para agua). Sin embargo, los tubos de los heatpipes cerámicos se sinterizan a partir de materiales cerámicos no porosos de alta conductividad térmica, y el núcleo absorbente de líquido se cuece a partir de cerámicas porosas, que están llenas de fluido de trabajo en su interior. Cuando se aplica calor a un extremo de la tubería (evaporador), el fluido dentro de la tubería se evaporará y luego el vapor fluirá hacia el otro extremo de la tubería (condensador), que generalmente está en contacto con el radiador o medio de enfriamiento. . Cuando el vapor libera calor al extremo del enfriador, se condensa en un líquido y regresa a la sección del evaporador a través de la acción capilar en materiales cerámicos porosos. Repita este ciclo para transferir calor de manera efectiva desde el extremo caliente de la tubería al extremo frío.
Los primeros tubos de calor cerámicos se remontan a 1975. Los primeros tubos de calor cerámicos estaban hechos de carburo de silicio (SiC) y utilizaban sodio como fluido de trabajo. La deposición química de vapor de la capa de tungsteno (W) adherida a la superficie interna del tubo puede evitar la interacción entre el sodio y los materiales cerámicos de las paredes. Las funciones de estas tuberías se han verificado experimentalmente a temperaturas de hasta 1100 grados C y se utilizan para aplicaciones de alta temperatura, pero su fabricación es costosa.
Los transformadores de alta frecuencia utilizados en estaciones de carga, cajas de carga y otras aplicaciones se componen principalmente de núcleos magnéticos, devanados y materiales aislantes para devanados fijos. Por lo general, los núcleos magnéticos están hechos de materiales magnéticos como la ferrita para cumplir con indicadores de rendimiento como la respuesta de frecuencia y la pérdida del núcleo magnético. Los transformadores de alta frecuencia generan una gran cantidad de calor debido al calor Joule de resistencia y las pérdidas por corrientes parásitas, y su búsqueda de un volumen más pequeño dificulta la ventilación y la disipación de calor efectivas. Por lo tanto, es necesario diseñar un sistema de disipación de calor eficaz para el cuerpo del transformador y la placa de circuito PCB para evitar el sobrecalentamiento del dispositivo y garantizar un funcionamiento confiable. Esto se puede lograr mediante varios métodos, como enfriamiento por aire forzado, enfriamiento líquido o esquemas de enfriamiento mixto.
En la selección del sistema de enfriamiento para estaciones de carga de vehículos eléctricos (cajas de carga), se puede utilizar un método de enfriamiento mixto de tubo de calor combinado con placas de enfriamiento líquido para ayudar a disipar dispositivos de energía como MOSFET y dispositivos magnéticos (como inductores y transformadores). calentar rápidamente. La primera solución es forzar la circulación de aire dentro de la carcasa del cargador, mientras se transfiere calor a la placa de refrigeración líquida a través de un radiador de aletas de aluminio y un conjunto de tubo de calor. La segunda solución es encapsular los componentes magnéticos y los tubos de calor junto con resina epoxi conductora térmica y transferir calor a la placa de refrigeración líquida a través de los componentes del tubo de calor.
Las investigaciones han demostrado que el tubo de calor y los componentes magnéticos del segundo esquema pueden intercambiar calor completamente, transfiriendo calor a la placa enfriada por líquido con una resistencia térmica muy baja. Sin embargo, la primera solución tiene un rendimiento de enfriamiento menor que la solución de sellado del tubo de calor debido a la incapacidad del radiador de aletas de aluminio para hacer contacto total con los componentes magnéticos.
Sin embargo, hay una cantidad considerable de pérdida por corrientes parásitas en los disipadores de calor metálicos en los esquemas de enfriamiento actuales, como los disipadores de calor con aletas de aluminio y los tubos de calor de cobre. Estas pérdidas por corrientes parásitas causadas por componentes magnéticos tienen efectos adversos en el rendimiento y la confiabilidad de los cargadores. La cerámica es un material aislante eléctrico que evita la generación de corriente y por tanto no genera corrientes parásitas, eliminando eficazmente las pérdidas por corrientes parásitas. Son especialmente adecuados para enfriar componentes magnéticos de alta frecuencia, como inductores y transformadores de alta frecuencia.
Los heatpipes cerámicos proporcionan una solución de refrigeración resistente a altas temperaturas, duradera y con bajas pérdidas para dispositivos electrónicos magnéticos de alta frecuencia. Sin embargo, también enfrenta problemas de costos elevados debido a procesos de fabricación complejos y cadenas de suministro inmaduras. En la actualidad, la demanda de carga rápida de CC está aumentando rápidamente y el desafío de la disipación de calor de los componentes magnéticos de alta potencia y alta frecuencia en aplicaciones de carga de vehículos eléctricos se está intensificando. Esto inevitablemente resaltará la pérdida magnética insuficiente de los radiadores metálicos y se amplificará la ventaja de los heatpipes cerámicos para eliminar las pérdidas por corrientes parásitas. Por lo tanto, se espera que la tecnología de aislamiento de disipación de calor pasiva de dos fases representada por tubos de calor cerámicos abra nuevas perspectivas en el campo de la gestión térmica de equipos electrónicos de alta potencia en vehículos eléctricos.
