מלמטה-קירור צד למעלה-קירור צד: אבולוציה מבנית במערכות כוח EV
מטענים-בלוח (OBCs), ממירי DC/DC וממירים הם רכיבים טיפוסיים בעלי צפיפות- גבוהה בכלי רכב חשמליים. כאשר פלטפורמות EV מתפתחות לקראתאינטגרציה גבוהה יותר, עיצוב קל משקל, וארכיטקטורות של 800 וולט, תפוקת הכוח ממשיכה לגדול בעוד שטח ההתקנה הפנוי הופך מוגבל יותר ויותר.
כדי להפחית את משקל הרכב, להרחיב את טווח הנסיעה ולעמוד בדרישות של-הדור הבא של פלטפורמות מתח גבוה-, התקני כוח נדחפים לצפיפות הספק גבוהה יותר ולגורמי צורה קטנים יותר. בתנאים אלה, הניהול תרמי ותכנון בידוד חשמלישל מכשירי חשמל-כגון MOSFETs-ניצבים בפני אתגרים חדשים.
מדוע קירור צד-עליון הופך לבחירה המועדפת עבור צפיפות הספק גבוהה
בעיצובים קונבנציונליים, רוב ה-MOSFETs מאמצים קירור צד-תחתון (BSC). נתיב פיזור החום האופייני הוא:
למות → תחתית חבילה → שכבת הלחמה → PCB → גוף קירור / לוח קר
בתצורה זו, החום מועבר דרך שכבות הלחמה ומעברים תרמיים לתוך ה-PCB, ולאחר מכן מוסר על ידי גוף קירור תחתון- או לוח קר. גישה זו סובלת ממספר מגבלות מובנות:
◄ מסלול תרמי ארוך ומורכב, וכתוצאה מכך התנגדות תרמית גבוהה יחסית.
►הצד התחתון של ה-PCB חייב להישאר נקי למטרות תרמיות, מה שמגביל את מיקום הרכיבים.
◄ניצול שטח נמוך יותר והגדלת גודל ה-PCB הכולל.
בממירי EV OBC, ממירי DC/DC וממירים, שבהם צפיפות ההספק ממשיכה לעלות, אילוצים אלה מגבילים יותר ויותר את האופטימיזציה של -רמת המערכת.
כתוצאה מכך, TSC הופך לארכיטקטורת המיינסטרים של-הדור הבא של התקני חשמל ומודולי חשמל.
יתרונות מרכזיים של קירור צד-עליון (TSC)
במבנה קירור-עליון, המשטח העליון של חבילת MOSFET נמצא במגע ישיר עם גוף קירור או פלטה קרה. הנתיב התרמי מפושט ל:
למות → עליון חבילה → גוף קירור / פלטה קרה
◄ מסלול תרמי קצר יותר והתנגדות תרמית נמוכה יותר, מכיוון שהחום אינו צריך לעבור יותר דרך ה-PCB
◄ פיזור כוח מותר גבוה יותר, במיוחד בתנאי הספק ארעיים גבוהים
◄ אוכלוסיית PCB דו-צדדית-, מכיוון שהחלק התחתון של PCB אינו נדרש עוד להסרת חום
◄ שילוב מערכות משופר ותאימות אוטומציה, תמיכה בעיצובים קומפקטיים ומודולריים
◄ יעילות ברמת -מערכת ויתרונות עלות, מתאים היטב ליישומי EV מחושמלים ו-בנפח גבוה
אתגרים חדשים תחת TSC: ציפוי בידוד תרמי מוליך
ככל שצפיפות ההספק ממשיכה לעלות, חומרי הממשק חייבים לספקתגובה תרמית מהירה יותר, אמינות-בידוד במתח גבוה ועקביות ייצור.
באופן מסורתי, ממשקי קירור-עליון מסתמכים על א"TIM + יריעת בידוד + TIM"מבנה סנדוויץ': שכבות TIM ממלאות פערי פני השטח ומוליכות חום. יריעות בידוד מספקות בידוד חשמלי- גבוה. אמנם מוכחת ואמינה, אך גישה זו מראה מגבלות במערכות קומפקטיות,- בהספק גבוה:
◄ ממשקים מרובים מאטים תגובה תרמית חולפת
►מורכבות ההרכבה עולה, עם בקרת סובלנות הדוקה יותר
►BOM ועלויות הייצור ממשיכות לעלות
על רקע זה, ציפויי בידוד תרמי מוליכים זוכים לתשומת לב כפתרון ממשק משולב עבור ארכיטקטורות קירור צד- מובילות.
★ ציפוי יחיד, רציף, דק ואחיד יכול לספק בו זמנית הדבקה, הולכה תרמית ובידוד חשמלי.
סדרת MCOTI MEP 37: ציפויי בידוד מוליכים תרמיים
כדי לתת מענה לדרישות של-מערכות החשמל של הדור הבא ומכשירי חשמל מקוררים-עליון, MCOTI פיתחה את ציפוי הבידוד המוליך התרמי מסדרת MEP 37.
ניתן ליישם את סדרת MEP 37 ישירות על גופי קירור או לוחות בסיס מתכת.עם עובי ציפוי דק במיוחד של 100~250 מיקרומטר, הוא מספק יכולת עמידות דיאלקטרית של 3,000~6,000V,יוצרים פתרון-בביצועים גבוהים המותאם לעיצובי קירור- מובילים.
יתרונות מרכזיים
● שילוב ממשק: מחליף את יריעות הבידוד המסורתיות בציפוי רציף יחיד, מפחית את מספר הממשקים ומקצר את הנתיב התרמי
● התנגדות תרמית-נמוכה במיוחד: נמוך כמו0.16 K·cm²/W, עם יציבות תרמית מעולה-לטווח ארוך
● אימות אמינות-רכב:
■ חום לח: 1539H @ 85 מעלות / 85% RH
■ הלם תרמי: 790 מחזורים @ -40 עד 125 מעלות
■ התיישנות-בטמפרטורה גבוהה: 2000H @125 מעלות
● מתח עמידות דיאלקטרי:4.3 קילו וולט (כל הבדיקות עברו עם ביצועים תרמיים עקביים)
הפחתת עלויות-ברמת המערכת:ניתוח BOM מצביע על בערך40% הפחתת עלויות החומר,יחד עם עלויות עבודה והרכבה נמוכות יותר
● יעילות תהליכית גבוהה:מריחת ריסוס עם ריפוי מהיר מאפשר זמני מחזור קצרים ותפוקה גבוהה
● ייצור ניתן להרחבה:תואם לתהליכי ריסוס אוטומטיים, תומך בייצור נפח ועקביות תהליכים
תרשים 1: השוואה של עלויות חומרים של פתרונות ציפוי MCOTI עם יריעות בידוד מסורתיות
תרשים 2: השוואה של עלויות חומרים של פתרונות ציפוי MCOTI עם יריעות בידוד מסורתיות
