Sistem pendingin pipa panas keramik untuk komponen magnetik berdaya tinggi
Struktur dan prinsip kerja pipa panas keramik mirip dengan pipa panas logam (seperti pipa panas air tembaga). Namun, pipa pipa panas keramik disinter dari bahan keramik dengan konduktivitas termal yang tinggi dan tidak berpori, dan inti penyerap cairan ditembakkan dari keramik berpori, yang diisi dengan fluida kerja di dalamnya. Apabila panas dialirkan pada salah satu ujung pipa (evaporator), maka fluida yang berada di dalam pipa akan menguap, kemudian uap akan mengalir ke ujung pipa yang lain (kondensor), yang biasanya bersentuhan dengan radiator atau media pendingin. . Ketika uap melepaskan panas ke ujung yang lebih dingin, uap tersebut mengembun menjadi cairan dan kembali ke bagian evaporator melalui aksi kapiler pada bahan keramik berpori. Ulangi siklus ini untuk memindahkan panas secara efektif dari ujung pipa yang panas ke ujung pipa yang dingin.
Pipa panas keramik paling awal dapat ditelusuri kembali ke tahun 1975. Pipa panas keramik awal terbuat dari silikon karbida (SiC) dan menggunakan natrium sebagai fluida kerjanya. Endapan uap kimia lapisan tungsten (W) yang menempel pada permukaan bagian dalam tabung dapat mencegah interaksi antara natrium dan bahan dinding keramik. Fungsi pipa-pipa ini telah diverifikasi secara eksperimental pada suhu setinggi 1100 derajat C dan digunakan untuk aplikasi suhu tinggi, namun pembuatannya mahal.
Transformator frekuensi tinggi yang digunakan di stasiun pengisian daya, kotak pengisian daya, dan aplikasi lainnya sebagian besar terdiri dari inti magnet, belitan, dan bahan insulasi untuk belitan tetap. Biasanya inti magnetik terbuat dari bahan magnetik seperti ferit untuk memenuhi indikator kinerja seperti respons frekuensi dan kehilangan inti magnetik. Transformator frekuensi tinggi menghasilkan panas dalam jumlah besar karena hambatan panas Joule dan kehilangan arus eddy, dan upaya untuk mencapai volume yang lebih kecil menghalangi ventilasi efektif dan pembuangan panas. Oleh karena itu, perlu dirancang sistem pembuangan panas yang efektif untuk badan transformator dan papan sirkuit PCB untuk mencegah perangkat terlalu panas dan memastikan pengoperasian yang andal. Hal ini dapat dicapai melalui berbagai metode, seperti pendinginan udara paksa, pendinginan cair, atau skema pendinginan campuran.
Dalam pemilihan sistem pendingin untuk stasiun pengisian kendaraan listrik (kotak pengisian), metode pendinginan campuran pipa panas yang dikombinasikan dengan pelat pendingin cair dapat digunakan untuk membantu perangkat daya seperti MOSFET dan perangkat magnetik (seperti induktor dan transformator) menghilang. cepat panas. Solusi pertama adalah memaksa sirkulasi udara di dalam wadah pengisi daya, sekaligus mentransfer panas ke pelat pendingin cair melalui radiator sirip aluminium dan rakitan pipa panas. Solusi kedua adalah dengan merangkum komponen magnetik dan pipa panas bersama dengan resin epoksi konduktif termal, dan mentransfer panas ke pelat pendingin cair melalui komponen pipa panas.
Penelitian telah menunjukkan bahwa pipa panas dan komponen magnetik dari skema kedua dapat sepenuhnya menukar panas, mentransfer panas ke pelat berpendingin cairan dengan ketahanan termal yang sangat rendah. Namun, solusi pertama memiliki kinerja pendinginan yang lebih rendah dibandingkan solusi penyegelan pipa panas karena ketidakmampuan radiator sirip aluminium untuk bersentuhan penuh dengan komponen magnetik.
Namun, ada sejumlah besar kehilangan arus eddy pada heat sink logam dalam skema pendinginan saat ini, seperti heat sink bersirip aluminium dan pipa panas tembaga. Kerugian arus eddy yang disebabkan oleh komponen magnetik berdampak buruk pada kinerja dan keandalan pengisi daya. Keramik adalah bahan isolasi listrik yang mencegah timbulnya arus sehingga tidak menghasilkan arus eddy, sehingga secara efektif menghilangkan kerugian arus eddy. Mereka sangat cocok untuk mendinginkan komponen magnetik frekuensi tinggi, seperti induktor dan transformator frekuensi tinggi.
Pipa panas keramik memberikan solusi pendinginan yang tahan terhadap suhu tinggi, tahan lama, dan kerugian rendah untuk perangkat elektronik magnetik frekuensi tinggi. Namun, perusahaan ini juga menghadapi masalah biaya tinggi karena proses manufaktur yang rumit dan rantai pasokan yang belum matang. Saat ini, permintaan pengisian cepat DC meningkat pesat, dan tantangan pembuangan panas komponen magnetik berdaya tinggi dan frekuensi tinggi dalam aplikasi pengisian daya kendaraan listrik semakin meningkat. Hal ini pasti akan menyoroti hilangnya magnet yang tidak mencukupi pada radiator logam, dan keuntungan pipa panas keramik dalam menghilangkan kerugian arus eddy akan diperkuat. Oleh karena itu, teknologi pembuangan panas pasif dua fase isolasi yang diwakili oleh pipa panas keramik diharapkan dapat membuka prospek baru di bidang manajemen termal peralatan elektronik berdaya tinggi pada kendaraan listrik.
