Sistema de resfriamento de tubo de calor cerâmico para componentes magnéticos de alta potência
A estrutura e o princípio de funcionamento dos tubos de calor cerâmicos são semelhantes aos dos tubos de calor metálicos (como tubos de calor de cobre para água). No entanto, os tubos de calor cerâmicos são sinterizados a partir de materiais cerâmicos não porosos e de alta condutividade térmica, e o núcleo de absorção de líquido é disparado a partir de cerâmica porosa, que é preenchida com fluido de trabalho em seu interior. Quando o calor é aplicado a uma extremidade da tubulação (evaporador), o fluido dentro da tubulação irá evaporar e então o vapor fluirá para a outra extremidade da tubulação (condensador), que geralmente está em contato com o radiador ou meio de resfriamento. . Quando o vapor libera calor para a extremidade do resfriador, ele se condensa em líquido e retorna à seção do evaporador por ação capilar em materiais cerâmicos porosos. Repita este ciclo para transferir efetivamente o calor da extremidade quente da tubulação para a extremidade fria.
O primeiro tubo de calor de cerâmica remonta a 1975. Os primeiros tubos de calor de cerâmica eram feitos de carboneto de silício (SiC) e usavam sódio como fluido de trabalho. A deposição química de vapor da camada de tungstênio (W) fixada na superfície interna do tubo pode impedir a interação entre o sódio e os materiais da parede cerâmica. As funções desses tubos foram verificadas experimentalmente em temperaturas de até 1.100 graus C e são usados para aplicações de alta temperatura, mas sua fabricação é cara.
Os transformadores de alta frequência usados em estações de carregamento, caixas de carregamento e outras aplicações são compostos principalmente de núcleos magnéticos, enrolamentos e materiais de isolamento para enrolamentos fixos. Normalmente, os núcleos magnéticos são feitos de materiais magnéticos, como ferrita, para atender a indicadores de desempenho, como resposta de frequência e perda de núcleo magnético. Os transformadores de alta frequência geram uma grande quantidade de calor devido à resistência ao calor Joule e às perdas por correntes parasitas, e sua busca por volumes menores dificulta a ventilação eficaz e a dissipação de calor. Portanto, é necessário projetar um sistema eficaz de dissipação de calor para o corpo do transformador e a placa de circuito PCB para evitar o superaquecimento do dispositivo e garantir uma operação confiável. Isto pode ser conseguido através de vários métodos, tais como resfriamento por ar forçado, resfriamento por líquido ou esquemas de resfriamento misto.
Na seleção do sistema de resfriamento para estações de carregamento de veículos elétricos (caixas de carregamento), um método de resfriamento misto de tubo de calor combinado com placas de resfriamento líquido pode ser usado para ajudar dispositivos de energia como MOSFETs e dispositivos magnéticos (como indutores e transformadores) a se dissiparem. aqueça rapidamente. A primeira solução é forçar a circulação de ar dentro da caixa do carregador, enquanto transfere calor para a placa de resfriamento líquido através de um radiador de aleta de alumínio e conjunto de tubo de calor. A segunda solução é encapsular os componentes magnéticos e os tubos de calor juntamente com resina epóxi condutora térmica e transferir calor para a placa de resfriamento líquido através dos componentes do tubo de calor.
A pesquisa mostrou que o tubo de calor e os componentes magnéticos do segundo esquema podem trocar calor totalmente, transferindo calor para a placa resfriada por líquido com resistência térmica muito baixa. No entanto, a primeira solução tem desempenho de resfriamento inferior ao da solução de vedação de tubo de calor devido à incapacidade do radiador de aletas de alumínio entrar em contato total com os componentes magnéticos.
No entanto, há uma quantidade considerável de perda por correntes parasitas em dissipadores de calor de metal em esquemas de resfriamento atuais, como dissipadores de calor com aletas de alumínio e tubos de calor de cobre. Essas perdas por correntes parasitas causadas por componentes magnéticos têm efeitos adversos no desempenho e na confiabilidade dos carregadores. A cerâmica é um material de isolamento elétrico que evita a geração de corrente e, portanto, não gera correntes parasitas, eliminando efetivamente as perdas por correntes parasitas. Eles são particularmente adequados para resfriar componentes magnéticos de alta frequência, como indutores e transformadores de alta frequência.
Os tubos de calor cerâmicos fornecem uma solução de resfriamento resistente a altas temperaturas, de longa duração e com baixas perdas para dispositivos eletrônicos magnéticos de alta frequência. No entanto, também enfrenta problemas de custos elevados devido a processos de fabrico complexos e cadeias de abastecimento imaturas. Atualmente, a demanda por carregamento rápido DC está aumentando rapidamente e o desafio de dissipação de calor de componentes magnéticos de alta potência e alta frequência em aplicações de carregamento de veículos elétricos está se intensificando. Isso inevitavelmente destacará a perda magnética insuficiente dos radiadores de metal, e a vantagem dos tubos de calor cerâmicos na eliminação de perdas por correntes parasitas será amplificada. Portanto, espera-se que a tecnologia de dissipação de calor passiva bifásica de isolamento representada por tubos de calor cerâmicos abra novas perspectivas no campo do gerenciamento térmico de equipamentos eletrônicos de alta potência em veículos elétricos.
