Sistema de refrigeració de tubs de calor de ceràmica per a components magnètics d'alta potència
L'estructura i el principi de funcionament dels tubs de calor ceràmics són similars als dels tubs de calor metàl·lics (com ara els tubs de calor d'aigua de coure). Tanmateix, les canonades de les canonades de calor ceràmiques es sintereixen a partir d'alta conductivitat tèrmica, materials ceràmics no porosos, i el nucli absorbent de líquids es dispara a partir de ceràmiques poroses, que estan plenes de fluid de treball a l'interior. Quan s'aplica calor a un extrem de la canonada (evaporador), el fluid dins de la canonada s'evaporarà i, a continuació, el vapor fluirà a l'altre extrem de la canonada (condensador), que normalment està en contacte amb el radiador o el medi de refrigeració. . Quan el vapor allibera calor a l'extrem més fresc, es condensa en un líquid i torna a la secció de l'evaporador per acció capil·lar en materials ceràmics porosos. Repetiu aquest cicle per transferir eficaçment la calor de l'extrem calent de la canonada a l'extrem fred.
El primer tub de calor de ceràmica es remunta al 1975. Els primers tubs de calor de ceràmica estaven fets de carbur de silici (SiC) i utilitzaven sodi com a fluid de treball. La deposició química de vapor de la capa de tungstè (W) unida a la superfície interior del tub pot evitar la interacció entre el sodi i els materials de la paret ceràmica. Les funcions d'aquestes canonades s'han verificat experimentalment a temperatures de fins a 1100 graus C i s'utilitzen per a aplicacions d'alta temperatura, però són cars de fabricar.
Els transformadors d'alta freqüència utilitzats en estacions de càrrega, caixes de càrrega i altres aplicacions es componen principalment de nuclis magnètics, bobinatges i materials d'aïllament per a bobinatges fixos. Normalment, els nuclis magnètics estan fets de materials magnètics com la ferrita per complir amb indicadors de rendiment com la resposta de freqüència i la pèrdua de nucli magnètic. Els transformadors d'alta freqüència generen una gran quantitat de calor a causa de la resistència a la calor Joule i les pèrdues de corrent de Foucault, i la seva recerca d'un volum més petit dificulta la ventilació i la dissipació de calor eficaços. Per tant, cal dissenyar un sistema de dissipació de calor eficaç per al cos del transformador i la placa de circuits PCB per evitar el sobreescalfament del dispositiu i garantir un funcionament fiable. Això es pot aconseguir mitjançant diversos mètodes, com ara refrigeració per aire forçat, refrigeració líquida o esquemes de refrigeració mixta.
En la selecció del sistema de refrigeració per a estacions de càrrega de vehicles elèctrics (caixes de càrrega), es pot utilitzar un mètode de refrigeració mixt de tubs de calor combinat amb plaques de refrigeració líquida per ajudar a dissipar dispositius d'alimentació com ara MOSFET i dispositius magnètics (com ara inductors i transformadors). escalfar ràpidament. La primera solució és forçar la circulació d'aire a l'interior de la carcassa del carregador, mentre es transfereix calor a la placa de refrigeració líquida mitjançant un radiador d'aleta d'alumini i un conjunt de tubs de calor. La segona solució és encapsular els components magnètics i les canonades de calor juntament amb la resina epoxi conductora tèrmica i transferir la calor a la placa de refrigeració líquida a través dels components del tub de calor.
La investigació ha demostrat que el tub de calor i els components magnètics del segon esquema poden intercanviar calor completament, transferint calor a la placa refrigerada per líquid amb una resistència tèrmica molt baixa. Tanmateix, la primera solució té un rendiment de refrigeració més baix que la solució de segellat de tubs de calor a causa de la incapacitat del radiador d'aleta d'alumini per contactar completament amb els components magnètics.
Tanmateix, hi ha una quantitat considerable de pèrdua de corrent de Foucault en els dissipadors de calor metàl·lics en els esquemes de refrigeració actuals, com ara els dissipadors de calor amb aletes d'alumini i els tubs de calor de coure. Aquestes pèrdues de corrent de Foucault causades pels components magnètics tenen efectes adversos en el rendiment i la fiabilitat dels carregadors. La ceràmica és un material aïllant elèctric que impedeix la generació de corrent i, per tant, no genera corrents de Foucault, eliminant de manera efectiva les pèrdues de corrent de Foucault. Són especialment adequats per refredar components magnètics d'alta freqüència, com ara inductors i transformadors d'alta freqüència.
Els tubs de calor de ceràmica proporcionen una solució de refrigeració que és resistent a altes temperatures, de llarga durada i de baixes pèrdues per als dispositius electrònics magnètics d'alta freqüència. Tanmateix, també s'enfronta a problemes de costos elevats a causa dels processos de fabricació complexos i les cadenes de subministrament immadures. En l'actualitat, la demanda de càrrega ràpida de CC augmenta ràpidament i s'intensifica el repte de dissipació de calor dels components magnètics d'alta potència i alta freqüència en aplicacions de càrrega de vehicles elèctrics. Això, inevitablement, posarà en relleu la pèrdua magnètica insuficient dels radiadors metàl·lics i s'amplificarà l'avantatge dels tubs de calor ceràmics per eliminar les pèrdues de corrent de Foucault. Per tant, s'espera que la tecnologia de dissipació de calor passiva bifàsica d'aïllament representada per tubs de calor ceràmics obri noves perspectives en el camp de la gestió tèrmica d'equips electrònics d'alta potència en vehicles elèctrics.
