Охладителна система с керамични топлинни тръби за високомощни магнитни компоненти
Структурата и принципът на работа на керамичните топлинни тръби са подобни на тези на металните топлинни тръби (като медни водни топлинни тръби). Въпреки това, тръбите на керамичните топлинни тръби са синтеровани от непорести керамични материали с висока топлопроводимост, а абсорбиращата течност сърцевина е изпечена от пореста керамика, която е пълна с работна течност вътре. Когато се приложи топлина към единия край на тръбопровода (изпарителя), течността вътре в тръбопровода ще се изпари и след това парата ще потече към другия край на тръбопровода (кондензатора), който обикновено е в контакт с радиатора или охлаждащата среда . Когато парата отделя топлина към по-хладния край, тя кондензира в течност и се връща в секцията на изпарителя чрез капилярно действие в порести керамични материали. Повторете този цикъл, за да прехвърлите ефективно топлината от горещия край на тръбопровода към студения край.
Най-ранната керамична топлинна тръба може да бъде проследена до 1975 г. Ранните керамични топлинни тръби са направени от силициев карбид (SiC) и са използвали натрий като работна течност. Химическото отлагане на пари на слой волфрам (W), прикрепен към вътрешната повърхност на тръбата, може да предотврати взаимодействието между натриеви и керамични стенни материали. Функциите на тези тръби са експериментално проверени при температури до 1100 градуса C и се използват за приложения при високи температури, но са скъпи за производство.
Високочестотните трансформатори, използвани в зарядни станции, кутии за зареждане и други приложения, се състоят главно от магнитни сърцевини, намотки и изолационни материали за фиксирани намотки. Обикновено магнитните сърцевини са направени от магнитни материали като ферит, за да отговарят на показатели за производителност като честотна характеристика и загуба на магнитна сърцевина. Високочестотните трансформатори генерират голямо количество топлина поради съпротивителните джаулови загуби на топлина и вихрови токове, а стремежът им към по-малък обем възпрепятства ефективната вентилация и разсейване на топлината. Следователно е необходимо да се проектира ефективна система за разсейване на топлината за корпуса на трансформатора и печатната платка, за да се предотврати прегряване на устройството и да се осигури надеждна работа. Това може да се постигне чрез различни методи, като например принудително въздушно охлаждане, течно охлаждане или смесени схеми за охлаждане.
При избора на охладителна система за станции за зареждане на електрически превозни средства (кутии за зареждане) може да се използва смесен метод на охлаждане на топлинна тръба, комбинирана с плочи за течно охлаждане, за да се помогне на захранващи устройства като MOSFET и магнитни устройства (като индуктори и трансформатори) да се разсейват загрява бързо. Първото решение е да се принуди циркулацията на въздуха вътре в корпуса на зарядното устройство, като същевременно се пренася топлината към плочата за течно охлаждане чрез радиатор с алуминиеви ребра и топлинна тръба. Второто решение е да се капсулират магнитните компоненти и топлинните тръби заедно с топлопроводима епоксидна смола и да се прехвърли топлината към плочата за течно охлаждане през компонентите на топлинната тръба
Изследванията показват, че топлинната тръба и магнитните компоненти на втората схема могат напълно да обменят топлина, пренасяйки топлина към охлажданата с течност плоча с много ниско термично съпротивление. Първото решение обаче има по-ниска охлаждаща производителност от решението за уплътняване на топлинна тръба поради неспособността на радиатора с алуминиева ребра да влезе в пълен контакт с магнитните компоненти.
Съществува обаче значителна загуба на вихрови токове в метални радиатори в настоящите охладителни схеми, като радиатори с алуминиеви ребра и медни топлинни тръби. Тези загуби от вихрови токове, причинени от магнитни компоненти, имат неблагоприятни ефекти върху работата и надеждността на зарядните устройства. Керамиката е електроизолационен материал, който предотвратява генерирането на ток и следователно не генерира вихрови токове, като ефективно елиминира загубите от вихрови токове. Те са особено подходящи за охлаждане на високочестотни магнитни компоненти, като високочестотни индуктори и трансформатори.
Керамичните топлинни тръби осигуряват решение за охлаждане, което е устойчиво на високи температури, дълготрайно и ниски загуби за високочестотни магнитни електронни устройства. Въпреки това, той също е изправен пред проблеми с високите разходи поради сложните производствени процеси и незрелите вериги за доставки. Понастоящем търсенето на бързо зареждане с постоянен ток бързо нараства и предизвикателството за разсейване на топлината на магнитни компоненти с висока мощност и висока честота в приложенията за зареждане на електрически превозни средства се засилва. Това неизбежно ще подчертае недостатъчните магнитни загуби на металните радиатори и предимството на керамичните топлинни тръби за елиминиране на загубите от вихрови токове ще бъде усилено. Следователно се очаква изолационната двуфазна пасивна технология за разсейване на топлината, представена от керамични топлинни тръби, да отвори нови перспективи в областта на термичното управление на електронно оборудване с висока мощност в електрическите превозни средства.
