با کوچک شدن دستگاه های برق، گرما باید به کجا برود؟

از پایین-خنک کننده جانبی به بالا-خنک کننده جانبی: تحول ساختاری در سیستم های برق الکتریکی

شارژرهای برد (OBC)، مبدل‌های DC/DC، و اینورترها اجزای معمولی با چگالی بالا-در خودروهای الکتریکی هستند. همانطور که پلتفرم های EV به سمت تکامل می یابندیکپارچگی بالاتر، طراحی سبک وزنو معماری های 800 ولت، توان خروجی همچنان افزایش می یابد در حالی که فضای نصب موجود به طور فزاینده ای محدود می شود.

برای کاهش وزن وسیله نقلیه، گسترش برد رانندگی و برآورده ساختن الزامات پلتفرم‌های-نسل جدید{1} ولتاژ بالا، دستگاه‌های قدرت به سمت چگالی توان بالاتر و فاکتورهای شکل کوچک‌تر سوق داده می‌شوند. تحت این شرایط،مدیریت حرارتی و طراحی عایق الکتریکیدستگاه‌های قدرت-مانند ماسفت‌ها-با چالش‌های جدیدی روبرو هستند.

چرا خنک کننده جانبی بالا-به انتخاب ترجیحی برای چگالی توان بالا تبدیل می شود

در طرح‌های معمولی، اکثر ماسفت‌ها از خنک‌کننده پایین- (BSC) استفاده می‌کنند. مسیر معمول اتلاف گرما به شرح زیر است:

قالب → پایین بسته → لایه لحیم کاری → PCB → هیت سینک / صفحه سرد

در این پیکربندی، گرما از طریق لایه‌های لحیم کاری و راه‌های حرارتی به PCB منتقل می‌شود و سپس توسط هیت سینک یا صفحه سرد نصب شده در پایین- حذف می‌شود. این رویکرد از چندین محدودیت ذاتی رنج می برد:

◄ یک مسیر حرارتی طولانی و پیچیده که در نتیجه مقاومت حرارتی نسبتاً بالایی دارد.
◄ سمت پایین PCB باید برای مقاصد حرارتی شفاف بماند و جایگذاری قطعات را محدود کند.
►استفاده از فضای کمتر و افزایش اندازه کلی PCB.

در EV OBC، مبدل‌های DC/DC، و اینورترها، که چگالی توان همچنان در حال افزایش است، این محدودیت‌ها به طور فزاینده‌ای بهینه‌سازی سطح سیستم را محدود می‌کنند.

در نتیجه، TSC در حال تبدیل شدن به معماری اصلی برای-دستگاه‌های برق نسل بعدی و ماژول‌های قدرت است.

مزایای کلیدی خنک کننده بالا-سمت (TSC)

در ساختار خنک کننده بالا-، سطح بالایی بسته ماسفت در تماس مستقیم با هیت سینک یا صفحه سرد است. مسیر حرارتی به این صورت ساده شده است:

قالب → روی بسته → هیت سینک / بشقاب سرد

◄ مسیر حرارتی کوتاهتر و مقاومت حرارتی کمتر، زیرا دیگر نیازی به عبور گرما از PCB نیست
◄ اتلاف توان مجاز بالاتر، به ویژه در شرایط توان گذرا بالا
► جمعیت مدار چاپی دوطرفه{0}}، زیرا دیگر برای حذف گرما به پایین PCB نیازی نیست
◄ یکپارچه سازی سیستم و سازگاری اتوماسیون بهبود یافته، پشتیبانی از طرح های فشرده و مدولار
► کارایی سیستم-و مزایای هزینه، مناسب برای برنامه‌های برقی و پرحجم- EV

چالش های جدید تحت TSC: پوشش عایق رسانای حرارتی

با ادامه افزایش چگالی توان، مواد واسط باید ارائه شوندپاسخ حرارتی سریع‌تر،{0}}قابلیت اطمینان عایق ولتاژ بالا، و ثبات تولید.

به طور سنتی،{0}}واسط‌های خنک‌کننده جانبی بالا به a متکی هستند"TIM + ورق عایق + TIM"ساختار ساندویچی: لایه های TIM شکاف های سطحی را پر می کنند و گرما را هدایت می کنند. ورق های عایق ایزوله الکتریکی ولتاژ بالا- را ایجاد می کنند. اگرچه این رویکرد ثابت و قابل اعتماد است، محدودیت‌هایی را در سیستم‌های فشرده- با قدرت بالا نشان می‌دهد:

◄ رابط های متعدد، پاسخ حرارتی گذرا را کاهش می دهند

►پیچیدگی مونتاژ با کنترل تحمل سخت‌تر افزایش می‌یابد

►BOM و هزینه های ساخت همچنان در حال افزایش هستند

در برابر این پس زمینه، پوشش های عایق رسانای حرارتی به عنوان یک راه حل رابط یکپارچه برای معماری های خنک کننده{0} جانبی بالا توجه را به خود جلب می کنند.

★ یک پوشش منفرد، پیوسته، نازک و یکنواخت می تواند به طور همزمان پیوند، هدایت حرارتی و عایق الکتریکی را فراهم کند.

MCOTI MEP 37 Series: Thermally Conductive Insulating Coatings

MCOTI برای رسیدگی به الزامات-نسل بعدی سیستم‌های برق EV و دستگاه‌های قدرت خنک‌شونده بالا، پوشش‌های عایق رسانای حرارتی سری MEP 37 را توسعه داده است.

سری MEP 37 را می توان مستقیماً روی هیت سینک ها یا صفحات پایه فلزی اعمال کرد.با ضخامت پوشش فوق نازک 100 ~ 250 میکرومتر، قابلیت مقاومت دی الکتریک 3000 تا 6000 ولت را ارائه می دهد.ایجاد یک راه حل با عملکرد بالا-بهینه شده برای طراحی های خنک کننده جانبی بالا.

مزایای کلیدی

● یکپارچه سازی رابط: ورق های عایق سنتی را با یک پوشش پیوسته جایگزین می کند که تعداد رابط را کاهش می دهد و مسیر حرارتی را کوتاه می کند.

● مقاومت حرارتی بسیار{0}کم: به اندازه0.16 K·cm²/W، با پایداری حرارتی عالی-

● اعتبار سنجی {0}درجه قابلیت اطمینان خودرو:

■ گرمای مرطوب: 1539H @ 85 درجه / 85% RH

■ شوک حرارتی: 790 سیکل @ -40 تا 125 درجه

■ پیری-درجه حرارت بالا: 2000H @125 درجه

● ولتاژ مقاومت دی الکتریک:4.3 کیلو ولت (همه آزمایشات با عملکرد حرارتی ثابت گذرانده شده است)

کاهش هزینه در سطح سیستم-:تجزیه و تحلیل BOM تقریباً نشان می دهد40% کاهش هزینه مواد،همراه با هزینه های کمتر نیروی کار و مونتاژ

● راندمان فرآیند بالا:استفاده از اسپری با پخت سریع زمان چرخه کوتاه و عملکرد بالا را امکان پذیر می کند

● تولید مقیاس پذیر:سازگار با فرآیندهای اسپری خودکار، پشتیبانی از تولید حجم و ثبات فرآیند

نمودار 1: مقایسه هزینه های مواد محلول های پوشش MCOTI با ورق های عایق سنتی

نمودار 2: مقایسه هزینه مواد محلول های پوشش MCOTI با ورق های عایق سنتی