Από το κάτω μέρος-Πλάγια ψύξη στο επάνω μέρος-Πλάγια ψύξη: δομική εξέλιξη στα συστήματα ισχύος EV
Οι ενσωματωμένοι φορτιστές (OBC), οι μετατροπείς DC/DC και οι μετατροπείς είναι τυπικά εξαρτήματα υψηλής πυκνότητας- ισχύος στα ηλεκτρικά οχήματα. Καθώς οι πλατφόρμες EV εξελίσσονται προςυψηλότερη ενσωμάτωση, ελαφρύς σχεδιασμός, και αρχιτεκτονικές 800 V, η ισχύς εξόδου συνεχίζει να αυξάνεται ενώ ο διαθέσιμος χώρος εγκατάστασης περιορίζεται ολοένα και περισσότερο.
Για να μειωθεί το βάρος του οχήματος, να επεκταθεί η εμβέλεια οδήγησης και να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις των πλατφορμών υψηλής{{1}της επόμενης γενιάς, οι συσκευές ισχύος ωθούνται προς υψηλότερη πυκνότητα ισχύος και μικρότερους συντελεστές μορφής. Υπό αυτές τις συνθήκες, τοθερμική διαχείριση και σχεδιασμός ηλεκτρικής μόνωσηςτων ηλεκτρικών συσκευών-όπως τα MOSFET- αντιμετωπίζει νέες προκλήσεις.
Γιατί η κορυφαία-Πλάγια ψύξη γίνεται η προτιμώμενη επιλογή για υψηλή πυκνότητα ισχύος
Σε συμβατικά σχέδια, τα περισσότερα MOSFET υιοθετούν την κάτω-Πλάγια ψύξη (BSC). Η τυπική διαδρομή απαγωγής θερμότητας είναι:
Μήτρα → Πάτος συσκευασίας → Στρώση συγκόλλησης → PCB → Ψύκτρα / Ψυχρή πλάκα
Σε αυτήν τη διαμόρφωση, η θερμότητα μεταφέρεται μέσω στρώσεων συγκόλλησης και θερμικών μέσων στο PCB και, στη συνέχεια, αφαιρείται από μια-ψύκτρα ή κρύα πλάκα τοποθετημένη στο κάτω μέρος. Αυτή η προσέγγιση πάσχει από αρκετούς εγγενείς περιορισμούς:
► Μια μακρά και πολύπλοκη θερμική διαδρομή, με αποτέλεσμα τη σχετικά υψηλή θερμική αντίσταση.
►Η κάτω πλευρά του PCB πρέπει να παραμένει καθαρή για θερμικούς λόγους, περιορίζοντας την τοποθέτηση των εξαρτημάτων.
►Χαμηλότερη χρήση χώρου και αυξημένο συνολικό μέγεθος PCB.
Σε EV OBC, μετατροπείς DC/DC και μετατροπείς, όπου η πυκνότητα ισχύος συνεχίζει να αυξάνεται, αυτοί οι περιορισμοί περιορίζουν όλο και περισσότερο τη βελτιστοποίηση- επιπέδου συστήματος.
Ως αποτέλεσμα, το TSC γίνεται η κύρια αρχιτεκτονική για συσκευές ισχύος και μονάδες ισχύος επόμενης-γενιάς.
Βασικά πλεονεκτήματα του Top-Side Cooling (TSC)
Σε μια επάνω-δομή ψύξης, η επάνω επιφάνεια του πακέτου MOSFET βρίσκεται σε άμεση επαφή με μια ψύκτρα ή μια κρύα πλάκα. Η θερμική διαδρομή απλοποιείται ως εξής:
Μήτρα → Πάνω συσκευασίας → Ψύκτρα / Ψυχρή πλάκα
► Συντομότερη θερμική διαδρομή και χαμηλότερη θερμική αντίσταση, καθώς η θερμότητα δεν χρειάζεται πλέον να περνά μέσα από το PCB
► Υψηλότερη επιτρεπόμενη απαγωγή ισχύος, ειδικά σε συνθήκες υψηλής μεταβατικής ισχύος
► Πληθυσμός PCB διπλής-όψης, καθώς το κάτω μέρος του PCB δεν απαιτείται πλέον για την αφαίρεση θερμότητας
► Βελτιωμένη ενσωμάτωση συστήματος και συμβατότητα αυτοματισμού, υποστηρίζοντας συμπαγή και αρθρωτά σχέδια
► Συστήματος-επίπεδο απόδοσης και πλεονεκτήματα κόστους, κατάλληλα για ηλεκτροκίνητες και υψηλού όγκου-εφαρμογές EV
Νέες προκλήσεις στο πλαίσιο του TSC: Θερμοαγώγιμη μονωτική επίστρωση
Καθώς η πυκνότητα ισχύος συνεχίζει να αυξάνεται, τα υλικά διεπαφής πρέπει να παραδίδονταιταχύτερη θερμική απόκριση, αξιοπιστία μόνωσης υψηλής-τάσης και κατασκευαστική συνέπεια.
Παραδοσιακά, οι κορυφαίες-διασυνδέσεις πλευρικής ψύξης βασίζονται σε α"TIM + μονωτικό φύλλο + TIM"δομή σάντουιτς: Τα στρώματα TIM γεμίζουν τα επιφανειακά κενά και μεταφέρουν τη θερμότητα. Τα μονωτικά φύλλα παρέχουν ηλεκτρική μόνωση υψηλής τάσης. Αν και είναι αποδεδειγμένη και αξιόπιστη, αυτή η προσέγγιση παρουσιάζει περιορισμούς στα συμπαγή,-συστήματα υψηλής ισχύος:
► Πολλαπλές διεπαφές επιβραδύνουν τη μεταβατική θερμική απόκριση
►Η πολυπλοκότητα της συναρμολόγησης αυξάνεται, με αυστηρότερο έλεγχο ανοχής
►Το BOM και το κόστος κατασκευής συνεχίζουν να αυξάνονται
Σε αυτό το πλαίσιο, οι θερμοαγώγιμες μονωτικές επιστρώσεις κερδίζουν την προσοχή ως μια ολοκληρωμένη λύση διεπαφής για κορυφαίες-αρχιτεκτονικές πλευρικής ψύξης.
★ Μια ενιαία, συνεχής, λεπτή και ομοιόμορφη επίστρωση μπορεί ταυτόχρονα να παρέχει συγκόλληση, θερμική αγωγιμότητα και ηλεκτρική μόνωση.
MCOTI MEP 37 Series: Thermally Conductive Insulating Coatings
Για να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις των συστημάτων ισχύος EV επόμενης-γενιάς και των κορυφαίων-συσκευών ισχύος με πλευρική ψύξη, η MCOTI έχει αναπτύξει τις θερμοαγώγιμες μονωτικές επιστρώσεις της σειράς MEP 37.
Η σειρά MEP 37 μπορεί να εφαρμοστεί απευθείας σε ψύκτρες ή μεταλλικές πλάκες βάσης.Με εξαιρετικά λεπτή επίστρωση 100~250μm, παρέχει ικανότητα διηλεκτρικής αντοχής 3.000~6.000V,διαμορφώνοντας μια-λύση υψηλής απόδοσης βελτιστοποιημένη για κορυφαία-σχέδια πλευρικής ψύξης.
Βασικά Οφέλη
● Ενοποίηση διεπαφής: Αντικαθιστά τα παραδοσιακά μονωτικά φύλλα με μια ενιαία συνεχή επίστρωση, μειώνοντας τον αριθμό διεπαφής και συντομεύοντας τη θερμική διαδρομή
● Εξαιρετικά-χαμηλή θερμική αντίσταση: Τόσο χαμηλά όσο0,16 K·cm²/Δ, με εξαιρετική μακροπρόθεσμη-θερμική σταθερότητα
● Επικύρωση αξιοπιστίας κατηγορίας αυτοκινήτου-:
■ Υγρή θερμότητα: 1539H @ 85 μοίρες / 85% RH
■ Θερμικό σοκ: 790 κύκλοι @ −40 έως 125 μοίρες
■ Υψηλή-γήρανση θερμοκρασίας: 2000H @125 βαθμοί
● Διηλεκτρική τάση αντοχής:4,3 kV (όλες οι δοκιμές πέρασαν με σταθερή θερμική απόδοση)
Μείωση κόστους-σε επίπεδο συστήματος:Η ανάλυση BOM δείχνει περίπου40% μείωση του κόστους υλικών,μαζί με χαμηλότερο κόστος εργασίας και συναρμολόγησης
● Υψηλή απόδοση διαδικασίας:Η εφαρμογή ψεκασμού με ταχεία σκλήρυνση επιτρέπει σύντομους χρόνους κύκλου και υψηλή απόδοση
● Κλιμακόμενη κατασκευή:Συμβατό με αυτοματοποιημένες διαδικασίες ψεκασμού, υποστηρίζοντας την παραγωγή όγκου και τη συνέπεια της διαδικασίας
Διάγραμμα 1: Σύγκριση κόστους υλικών διαλυμάτων επίστρωσης MCOTI με παραδοσιακά μονωτικά φύλλα
Διάγραμμα 2: Σύγκριση κόστους υλικών διαλυμάτων επίστρωσης MCOTI με παραδοσιακά μονωτικά φύλλα
