基于回路热管（LHP）技术繁荣大功率电子被动冷却方案

在最新的GaN和SiC组件的推动下，功率电子模块的尺寸在不断缩小，与此同时，散热也在不断增加。因此，在许多应用中，工程师正在将主动（抽水）水冷却作为看似显而易见的解决方案。利用回路热管（LHP）技术，Calyos提供了一种被动的，可持续的替代方案，可以应用于不同行业的许多热问题。

在接受《电力电子新闻》采访时，本·萨顿（Calyos的市场经理）解释说，回路热管是一种被动的两相传热设备。这些系统可以将多个热源与低质量解决方案结合在一起，该解决方案可以在复杂的环境中导航，同时仍然能够冷却高热密度组件。

回路热管可适应恶劣环境中的应用，可毫无问题地处理加速度和振动。流体定制可优化操作条件，包括用于量子计算机的低温应用。

技术

热管是一种传热装置，可以通过工作流体的蒸发和冷凝在热界面和冷界面之间以很小的温差交换大量的热量。

与热管不同，LHP内部的棉芯结构集中在蒸发器内部。这种芯吸结构提供了毛细管抽吸压力，将液体驱动向蒸发器的底板，在此处蒸发并沿着蒸汽管线排出。蒸发器是设备的心脏，并包含一个通常基于金属或有机聚合物的多孔毛细管芯结构。

图1：常见应用的典型系统设计

“所以，显而易见的问题是它如何执行？”萨顿说。他已经与我们共享了一系列数据，以验证其系统的性能，因为每种情况都取决于应用程序的具体情况，并且许多项目仍处于保密状态。Sutton补充说：“以通俗易懂的话，由于汽化流体的低热阻和高传热系数，系统可以使冷凝器的温度最大化，进而使冷源传递的热量最大化。”

在与我们分享的一个高密度逆变器的示例中，Calyos能够提供一种可比的系统，该组件允许耗散四倍的热能，同时在与水系统相同的约束下运行。其次，由于经过氦气测试的系统闭环设计，由于没有内部活动部件，客户可以期望可靠性和使用寿命得到显着提高。与客户合作时，Calyos鼓励设计完全无源的系统（不使用风扇），从而有机会将冷却系统的能耗降低100％，这对许多人来说都是有吸引力的解决方案。

图2：显示LHP系统中核心组件的图

LHP的工作原理可以从以下几点进行描述：

蒸发器上的铜基板与热源进行热传导。

在蒸发器内部，液体从储液罐通过多孔芯吸结构流向基板。

由于温度升高，液体在到达基板时会蒸发。

蒸气沿着蒸发器结构内的出口路径被引导向下沿着蒸气管线。

当蒸气到达冷源时，由于温度较低，它凝结回液体。

由于来自蒸气管线的压力，液体沿着液体管线向下流回蒸发器。

当热量施加到蒸发器上时，该过程将无限期地继续。

Sutton说，Calyos已在利基市场（铁路，能源，电信）中将该产品商业化，并通过其在比利时的工厂继续提高产量。成本限制了汽车和计算机市场的广泛采用。这两个市场都提供了绝佳的机会，Calyos正在进行中的开发项目以及与OEM和一级供应商的讨论。讨论显然集中在通过与客户巩固供应链并探索许可协议以实现采用来实现更大数量的生产。

“一个值得分享的伟大项目是我们在铁路行业所做的工作。牵引变流器安装在火车上，以转换来自电力线的直流电以驱动火车。我们的系统被动冷却了8个IGBT模块，没有泵和风扇。STOTON表示，这不仅会给TCO大大降低的系统给最终客户带来好处，而且还能显着降低噪音，尤其是当火车停在车站时，可带来更好的乘客体验。

图3：牵引变流器的被动冷却系统

结论

有效的冷却技术可以延长使用寿命，进而提高电子组件的可靠性，从而最大程度地提高系统效率。LHP等两相技术可以将热量从最热的位置（例如大功率IGBT）极其有效地转移到散热器或其他冷却结构的翅片区域。

“使用汽化潜热来驱动冷却系统是一个绝妙的主意，Calyos幸运地开发出了出色的热力技术，解决了传统热管带来的许多挑战，同时又保留了优势。随着我们技术的普及，我们希望我们能够提供更多的完全被动的解决方案，从而产生巨大的可持续发展影响。”萨顿总结说。

编辑：hfy