普莱默发布的@@@@3DPower™产品@@，第一次将@@两个磁@@@@188足彩外围@@app 集成在@@一起@@，共用一个磁@@芯@@，实现了磁@@芯内所有点上@@都有两个正交磁@@场@@。
作者@@：Hector Perdomo Díaz，Juan Manuel Codes Troyano与@@MSMP Power GmbH合作@@
本文将@@重点讨论普莱默在@@@@3DPower™散热@@技术@@方面取得的@@进步@@。磁@@集成的@@最大优点是同一@@188足彩外围@@app 的@@体积比离散方案@@的@@小@@。但增加功率密度会导致部件温度升高@@。
3DPOWER介绍@@
3DPower™壶型磁@@芯采用定制的@@壶型磁@@芯形状@@，是由@@2个感应@@188足彩外围@@app 集成在@@一起@@。其中一个位于壶型磁@@芯机体上@@@@，另一个位于壶型磁@@芯外侧@@，如同一个螺旋管@@。它帮助我们解决了集成磁@@@@188足彩外围@@app 的@@工程难题@@：在@@本产品@@中@@@@，由一个扼流圈和@@一个变压器@@组成@@。不同于其他磁@@集成技术@@@@，3DPower™中这两个@@188足彩外围@@app 共用一个磁@@芯@@体积@@。因此@@，将@@一个@@188足彩外围@@app 的@@磁@@场设计成与@@另一@@188足彩外围@@app 的@@磁@@场正交@@，从而产生两个独立且完全解耦的@@磁@@性@@188足彩外围@@app 。
图@@1：壶型磁@@芯解决方案@@@@（左@@）；截面详图@@@@（右@@）
如图@@@@1 所示@@，铁氧体磁@@芯@@（70a）内部有一个绕组@@；另一个正交绕组在@@外侧@@（70b/c/d）。磁@@学设计者都知道大批量生成中铁氧体磁@@芯@@易碎@@，尤其在@@机器加工绕组时@@。因此@@，需要在@@磁@@芯上@@覆盖一层线圈@@。读者可以想象出磁@@芯含有一个几十安培的@@绕组@@，外部覆盖一层塑料线圈且线圈上@@也有电线@@，它的@@温度会有多高@@；并且由于磁@@芯损耗@@，也导致磁@@芯自身发热@@。
通常@@，过热故障不仅是由@@整体温度升高引起的@@@@，而且也是因为存在@@过热点@@。过热点会在@@铁氧体磁@@芯@@形成温度梯度@@，可能会导致破碎或@@者性能降低@@。因此@@，产品@@的@@主要目标是在@@@@188足彩外围@@app 之间建立良好的@@热熔体@@@@，避免形成过热点@@，并且确保冷却系统散热@@性能良好@@。
普莱默可以提供完全定制化的@@@@ 3DPower™方案@@。但由于其几何形状局限@@，主要应用包括移相全桥谐振@@LLC DCDC转换器@@。虽然该产品@@的@@输出功率范围为@@1 kW至@@11 kW，但可以按照需求增加产品@@的@@功率等级@@。图@@2描述了我们的@@一项新进展@@，一个磁@@芯集成三个磁@@@@188足彩外围@@app （1个变压器@@和@@@@2个电感器@@）。图@@2 只是给出一个示例@@，说明利用我们的@@技术@@如何容易将@@磁@@@@188足彩外围@@app 集成在@@一起@@。
图@@2：3.5kW LLC转换器@@由降压变压器@@@@+串联电感器@@+并联传感器组成@@
热熔体@@
正确的@@设计和@@广泛的@@材料选择是热性能的@@关键因素@@。下@@图@@为@@11kW变压器@@，其绕组由立体平版@@3D打印技术@@制成@@，在@@磁@@芯底部采用水冷却@@。它的@@电线部分比磁@@芯温度高@@，尤其是在@@底部@@。
图@@3：11kW载荷变压器@@的@@红外图@@像@@@@（左@@）；11kW变压器@@概览图@@@@
该方案@@包括在@@线圈上@@使用导热塑料材料@@@@，在@@电线和@@磁@@芯之间形成热熔体@@@@，例如使用导热垫或@@热液体间隙填充材料@@。在@@3DPower™产品@@中@@，使用热液体间隙填充材料@@，确保在@@线圈@@、绕组和@@磁@@芯之间形成可靠的@@热熔体@@@@。
磁@@芯粘合剂@@
磁@@芯组分为两半@@。将@@两个磁@@芯结合的@@最简单和@@最经济的@@方法是使用胶带@@，这是廉价和@@小型变压器@@的@@常用办法@@。这虽然不影响磁@@路@@，但两个磁@@芯之间的@@热阻很高@@。因此@@，当其中一个磁@@芯安装散热@@器时@@，另一个磁@@芯的@@温度梯度也很高@@，可能会导致铁氧体破碎@@@@。
图@@4：使用不同粘合剂磁@@芯组的@@温度梯度变化@@：标准粘合剂@@（上@@）、高导热胶@@（下@@）
在@@我们的@@研发设施内进行了测试@@，结果显示@@，当使用标准粘合剂@@时@@，两个半磁@@芯之间的@@温度梯度是高导热胶@@的@@@@2倍@@。不仅铁氧体容易破碎@@，而且由于电感随温度变化@@，两个磁@@芯的@@磁@@阻不同@@，导致性能不佳@@。
线圈塑料材料@@@@
如上@@所述@@，壶型磁@@芯将@@覆盖一层塑料线圈@@，以在@@绕组过程中保护铁氧体和@@保护电绝缘@@。如果使用自然对流或@@强制对流@@，线圈会暴露在@@空气中@@，如果使用水冷却@@，线圈会与@@冷却板接触@@。
我们测试了三种不同塑料材料@@的@@自然对流@@。第一种塑料材料@@是常用的@@液晶聚合物@@（LCP），导热率@@~0.5 W/m·K ，第二种是@@PA6基化合物@@（聚酰胺@@），导热率@@1.2W/m·K，第三种也是@@PA6塑料材料@@，导热率@@4W/m·K。在@@内部采用热电偶制备@@三个样本@@，在@@同一操作点进行测试@@。记录它们的@@温度测量值@@，并用最小二乘法进行拟合@@（方程@@1）。该方程@@式将@@热模型简化为集总电容模型@@。
图@@5：测试期间@@LCP的@@红外图@@像@@
结果显示@@三个样本的@@@@最终温度相同@@。但导热率@@更高的@@@@PA6达到温度稳定要比其他样本快@@2倍@@。这表明集总电容模型方程@@中@@PA6 4W/m·K样本的@@@@“tau”系数比其他样本减半@@。
图@@表@@1：不同线圈塑料材料@@@@的@@测试结果@@
快速响应系统显示对温度变化@@“反映@@”更快@@、散热@@更快@@@@，从而降低铁氧体破碎@@或@@产生过热点的@@风险@@。因此@@，在@@这种情况下@@@@，使用高导热塑料材料@@对部件的@@热性能产生了显著的@@影响@@。我们将@@在@@下@@一章中讨论这是否适用于强制传导方法@@。
树脂@@
在@@电动汽车@@/混合动力汽车中@@，所有大功率磁@@@@188足彩外围@@app 必须采用强制冷却技术@@来降温@@。由于半导体功率模块@@连接冷却板@@，也可用来安装电磁@@@@188足彩外围@@app 。大多数客户只使用导热垫@@，但整个行业越来越趋向于使用树脂@@密封整个车载充电器或@@功率转换器@@@@。由树脂@@散热@@和@@电绝缘性能良好@@，因此@@减少了电力电子@@@@188足彩外围@@app 的@@尺寸@@。
我们使用@@PA6 4W/m·K和@@LCP样本进行了测试@@，二者均安装在@@铝箱内@@，采用汽车用硅树脂@@密封@@。将@@铝箱安装在@@冷却板上@@@@，中间采用导热垫@@，如图@@@@6所示@@。该测试的@@目的@@是检验导热塑料材料@@使用树脂@@密封时是否能提高@@整体设计@@。
图@@6：冷却板的@@测试装置@@
结果确定了样本的@@@@温度相似@@，温度差仅为@@4ºC，如果我们考虑热电偶的@@准确性和@@建立样本间的@@差异性@@，这可以忽略不计@@。PA6样本的@@@@系统时间响应更慢@@一些@@（慢@@25%）。
大功率测试装置@@
为在@@所有负荷条件下@@测试@@3DPower™磁@@188足彩外围@@app 的@@电气和@@热性能@@，使用了@@MSPM Power GmbH提供的@@大功率测试装置@@@@。TTG1000SIC方波发生器是测试设备@@的@@主要部件@@，生成的@@方波信号高达@@1000V。方波频率的@@范围可以设置为@@10 kHz至@@450 kHz，也可以将@@占空比设置为@@0-100%。使用外部全波整流模块@@@@（PCK模块@@），与@@变压器@@或@@共振电路的@@二次侧连接@@，将@@AC信号转化为@@DC电压@@。使用该测试装置@@，能够很容易地在@@真实条件下@@表征磁@@@@188足彩外围@@app 。
图@@7：大功率测试设备@@@@
结论@@
188足彩外围@@app 的@@可靠性是一个经常被遗忘的@@性能点@@；通常@@只有在@@出现问题时才会关注这一点@@。大多数可靠性问题都与@@温度相关@@：着火@@、参数改变@@、铁氧体破碎@@、性能下@@降等@@。因此@@，工程师必须设计和@@选择最优材料来提高@@产品@@的@@热性能@@。
本文描述了在@@不同情景中选择最优材料的@@相关性@@。首先@@，强调在@@变压器@@的@@所有@@188足彩外围@@app 之间建立良好的@@热熔体@@@@，实现热到冷却源之间的@@连续路径@@。
然后我们在@@测试中检验了像磁@@芯粘合剂@@这样的@@简单东西是如何将@@温度梯度从@@18℃降低到@@9℃的@@。
最后@@，我们确定了在@@某些情况下@@良好的@@导热塑料材料@@也可以提高@@散热@@性能@@；但在@@其他情况下@@则不能@@。当用树脂@@密封部件时@@，标准液晶聚合物塑料上@@的@@高导热塑料材料@@根本不会提高@@散热@@性能@@。树脂@@成本更高@@，因此@@照例最终决定是进行性价比权衡来选择材料@@。