Снизу-Боковое охлаждение вверх-Боковое охлаждение: структурная эволюция в электроэнергетических системах электромобилей
Встроенные-зарядные устройства (OBC), преобразователи постоянного тока в постоянный ток и инверторы — типичные компоненты-плотности мощности в электромобилях. По мере развития платформ электромобилей в сторонуболее высокая интеграция, легкий дизайн, и 800 В, выходная мощность продолжает расти, в то время как доступное пространство для установки становится все более ограниченным.
Чтобы снизить вес автомобиля, увеличить запас хода и удовлетворить требования -высоковольтных-платформ следующего поколения, силовые устройства стремятся использовать более высокую плотность мощности и меньшие форм-факторы. В этих условияхпроектирование терморегулирования и электроизоляциисиловых устройств,-таких как МОП-транзисторы-, сталкиваются с новыми проблемами.
Почему верхнее-боковое охлаждение становится предпочтительным выбором для обеспечения высокой плотности мощности
В обычных конструкциях большинство МОП-транзисторов используют нижнее-боковое охлаждение (BSC). Типичный путь рассеивания тепла:
Матрица → Нижняя часть корпуса → Слой припоя → Печатная плата → Радиатор/Холодная пластина
В этой конфигурации тепло передается через слои припоя и тепловые отверстия на печатную плату, а затем отводится с помощью установленного снизу-радиатора или охлаждающей пластины. Этот подход страдает от нескольких присущих ограничений:
► Длинный и сложный тепловой путь, приводящий к относительно высокому термическому сопротивлению.
►Нижняя сторона печатной платы должна оставаться чистой для обеспечения тепла, что ограничивает размещение компонентов.
►Снижение использования пространства и увеличение общего размера печатной платы.
В OBC для электромобилей, преобразователях постоянного тока и инверторах, где плотность мощности продолжает расти, эти ограничения все больше ограничивают оптимизацию на уровне системы.
В результате TSC становится основной архитектурой для силовых устройств и модулей питания следующего-поколения.
Ключевые преимущества верхнего-бокового охлаждения (TSC)
В конструкции охлаждения с верхней-сторонней стороной верхняя поверхность корпуса МОП-транзистора находится в непосредственном контакте с радиатором или охлаждающей пластиной. Тепловой путь упрощен до:
Матрица → Верхняя часть корпуса → Радиатор/Холодная пластина
► Более короткий тепловой путь и меньшее тепловое сопротивление, поскольку теплу больше не нужно проходить через печатную плату
► Более высокая допустимая рассеиваемая мощность, особенно в условиях высокой переходной мощности
► Двусторонняя-плата, поскольку нижняя часть платы больше не требуется для отвода тепла.
► Улучшенная системная интеграция и совместимость с системами автоматизации, поддержка компактных и модульных конструкций.
► Эффективность и экономия на уровне-системы, хорошо подходят для электрифицированных и-больших объемов электромобилей.
Новые задачи TSC: теплопроводящее изоляционное покрытие
Поскольку плотность мощности продолжает расти, материалы интерфейса должны обеспечиватьболее быстрый тепловой отклик,-надежность изоляции при высоком напряжении и стабильность производства.
Традиционно верхние-интерфейсы охлаждения полагаются на«ТИМ + изоляционный лист + ТИМ»сэндвич-структура: слои TIM заполняют поверхностные зазоры и проводят тепло. Изоляционные листы обеспечивают электрическую изоляцию высокого-напряжения. Хотя этот подход проверен и надежен, он имеет ограничения в компактных-системах высокой мощности:
► Несколько интерфейсов замедляют переходную тепловую реакцию
►Сложность сборки увеличивается из-за более жесткого контроля допусков.
►Спецификация и производственные затраты продолжают расти
На этом фоне теплопроводящие изоляционные покрытия привлекают все больше внимания как интегрированное интерфейсное решение для архитектур верхнего-охлаждения.
★ Одно сплошное, тонкое и однородное покрытие может одновременно обеспечивать соединение, теплопроводность и электрическую изоляцию.
Серия MCOTI MEP 37: теплопроводящие изоляционные покрытия
Чтобы удовлетворить требования электроэнергетических систем следующего-поколения и силовых устройств с верхним-охлаждением, компания MCOTI разработала теплопроводящие изоляционные покрытия серии MEP 37.
Серию MEP 37 можно наносить непосредственно на радиаторы или металлические опорные плиты.Благодаря сверхтонкому-покрытию толщиной 100–250 мкм он обеспечивает диэлектрическую стойкость 3000–6000 В.создание высокопроизводительного-решения, оптимизированного для систем охлаждения верхней-стороны.
Ключевые преимущества
● Интеграция интерфейса: Заменяет традиционные изоляционные листы с одним непрерывным покрытием, уменьшая количество интерфейсов и сокращая путь прохождения тепла.
● Сверх-низкое термическое сопротивление.: Всего лишь0,16 К·см²/Втс превосходной долгосрочной-термической стабильностью
● Проверка надежности-класса автомобильной промышленности:
■ Влажное тепло: 1539 ч при 85 градусах/85 % относительной влажности.
■ Термический удар: 790 циклов при температуре от -40 до 125 градусов.
■ Высокотемпературное-старение: 2000 часов при 125 градусах.
● Диэлектрическое выдерживаемое напряжение:4,3 кВ (все испытания прошли с устойчивыми тепловыми характеристиками)
Снижение затрат на-уровне системы:Анализ спецификации показывает примерно40% снижение затрат на материалы,наряду с более низкими затратами на рабочую силу и сборку
● Высокая эффективность процесса:Нанесение распылением с быстрым отверждением обеспечивает короткое время цикла и высокую производительность.
● Масштабируемое производство:Совместимость с автоматизированными процессами распыления, поддержка массового производства и постоянства процесса.
Диаграмма 1. Сравнение затрат на материалы для покрытий MCOTI с традиционными изоляционными листами
Диаграмма 2: Сравнение затрат на материалы для покрытий MCOTI с традиционными изоляционными листами
