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导热灌封材料令电子器件实现更高的功率密度

[2021-02-22 12:42:05] 来源: 编辑: 点击量:
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导读:   目前,在交通工业中,包括汽车,公共汽车,火车,越野车,船舶和飞机在内的车辆的电气化存在强烈的趋势。长距离和/或高功率需要来自其电

   目前,在交通工业中,包括汽车,公共汽车,火车,越野车,船舶和飞机在内的车辆的电气化存在强烈的趋势。长距离和/或高功率需要来自其电气部件(例如电池,电动机和发电机)以及操作所需的电力电子器件的高功率密度。趋势是更小,更轻和更便宜的部件,这将节省空间并降低成本,同时提高功率效率。开发这些类型的组件的一个关键挑战是管理由较小的高功率设备(如车载电池充电器,电源逆变器和转换器以及电机)产生的热量。导热灌封胶被证明是一种用于快速有效地将热量从功率部件传导到散热器的理想方法。灌封材料完全填充进部件外壳,不留空隙。结果,热量在外壳内消散并快速传导到散热器,这使得成品部件的尺寸和重量显著减小。

  五种不同的有机硅材料被用于研究

  在本研究中使用五种不同的有机硅灌封材料。所有的材料是电绝缘的,具有高介电强度和优异的高温稳定性。

  1.LORD Thermoset SC-400,透明的软凝胶,低导热性(0.1 W / m∙K), 用于灌封敏感电子元件,其中需要高介电强度和非常低的机械应力。

  2.LORD热固性SC-305,SC-309,SC-320和SC-324,填充硅树脂灌封材料,目前用于许多应用中以保护敏感电子部件免受过热,包括LED驱动器电子器件,用于电动车辆的车载充电器和逆变器,以及电动机定子。

  洛德的优势相较于其他竞争者

  1.低粘度,较低的粘度允许LORD材料流动并更容易填充空隙,同时提供优异的导热性。

  2.更容易脱气,这意味着如果使用真空灌封工艺,则可以灌注基本无空隙的部件。

  电感器的灌封和测试

  本研究中使用的电感器是由Micrometals T400-61D高温,磁粉环形铁芯制成的,其缠绕有62匝的10号绝缘铜线,在负载下产生约500μH的电感。将电感器封装在装有用于连接到外部循环流体的液体入口和出口的定制铝冷却板中。 使用五种不同的材料来来烧制三个电感器,得到总共15个灌封电感器。

  对于热测试,每个电感器连接到Manzanita Micro PFC40X-188充电器,通过9.3kW和40A在240V输入,0.98功率因数。电感器功率为30W。将铝冷却板连接到有温度控制的冷却液中,每个电感器在25°C的冷却液温度设定点和典型的汽车冷却液温度50°C下进行测试。将第二热电偶连接到冷却板的外部以监测测试期间的温度变化。在每次热测试期间,使用Omega Soft数据记录器记录电感器和冷却板的温度。允许冷却板和电感器温度在没有功率的情况下稳定。然后施加功率,并监测温度直到电感温度稳定。在温度达到稳定状态(没有发生进一步的温度升高)时选择平衡时间,最终温度减去初始温度的差值被计算为感应器的温升。

  

 

  研究的结果

  15个电感器中的每一个至少测试一次,并且多个电感器被测试多次以确定实验的可重复性。数据表明,电感器温度升高和平衡时间与冷却剂温度无关,因为25℃和50℃下的数据几乎可以重叠,并且在测试变化范围内。重要的是注意,由于与铝冷却板的更有效的热连接,热导率增加,变化变得更小。对于用导热材料灌封的电感器,观察到温升和平衡时间的剧烈减少。使用SC-400的平均温度升高为约55℃,并且最导热材料SC-320和SC-324的平均升高小于10℃。甚至中等导热等级的灌封胶,SC-305和SC-309分别在0.7和1.0 W / m∙K,提供了显著的改进。在将产生远高于55℃的温度上升的不同测试条件下,改进可能甚至更明显。

  类似地,平衡时间也随着更高的导热材料而显着降低。使用非导热的硅胶SC-400,需要接近2小时达到稳定状态,而SC-320和SC-324在不到20分钟内达到稳定的温度。 这种快速温度恢复意味着热量被快速耗散并且部件将在高温下花费更少的时间,因此增加部件的寿命。

  

 

  结论

  适当的热管理对于开发更小和更轻的功率电子器件是必不可少的,更小和更轻的意味着更高的功率密度。 使用提供高导热性和低粘度的独特组合的LORD热管理材料,我们已经证明,在最大温升和达到稳定温度的时间方面实质性降低。这两个优点带来了效率和部件寿命的改进,从而实现了高性能的功率电子器件。

  

 

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