Van onderaf-Zijkoeling naar boven-Zijkoeling: structurele evolutie in EV-voedingssystemen
Ingebouwde laders (OBC's), DC/DC-converters en omvormers zijn typische componenten met een hoge vermogensdichtheid- in elektrische voertuigen. Terwijl EV-platforms evolueren naarhogere integratie, lichtgewicht ontwerpen 800 V-architecturen blijft het uitgangsvermogen toenemen, terwijl de beschikbare installatieruimte steeds beperkter wordt.
Om het gewicht van het voertuig te verminderen, het rijbereik te vergroten en te voldoen aan de eisen van de volgende-generatie hoog-platforms met hoogspanning, worden elektrische apparaten naar een hogere vermogensdichtheid en kleinere vormfactoren geduwd. Onder deze omstandigheden zal dethermisch beheer en ontwerp van elektrische isolatievan de stroomapparaten-zoals MOSFET's-staat voor nieuwe uitdagingen.
Waarom top{0}}zijkoeling de voorkeurskeuze wordt voor hoge vermogensdichtheid
In conventionele ontwerpen maken de meeste MOSFET's gebruik van Bottom{0}} Side Cooling (BSC). Het typische warmteafvoerpad is:
Matrijs → Pakketbodem → Soldeerlaag → PCB → Koellichaam / Koude plaat
In deze configuratie wordt warmte via soldeerlagen en thermische via's naar de PCB overgebracht en vervolgens verwijderd door een aan de onderkant-gemonteerd koellichaam of koude plaat. Deze aanpak lijdt aan verschillende inherente beperkingen:
► Een lang en complex thermisch pad, resulterend in een relatief hoge thermische weerstand.
►De onderkant van de printplaat moet vrij blijven voor thermische doeleinden, waardoor de plaatsing van componenten wordt beperkt.
►Lager ruimtegebruik en grotere totale PCB-grootte.
In EV OBC's, DC/DC-converters en omvormers, waar de vermogensdichtheid blijft stijgen, beperken deze beperkingen in toenemende mate de optimalisatie op systeem-niveau.
Als gevolg hiervan wordt TSC de mainstream-architectuur voor de volgende-generatie voedingsapparaten en voedingsmodules.
Belangrijkste voordelen van top-zijkoeling (TSC)
Bij een koelstructuur aan de bovenzijde- staat het bovenoppervlak van de MOSFET-behuizing in direct contact met een koellichaam of koude plaat. Het thermische pad wordt vereenvoudigd tot:
Matrijs → Bovenzijde verpakking → Koellichaam / Koude plaat
► Een korter thermisch pad en een lagere thermische weerstand, omdat er geen warmte meer door de printplaat hoeft te gaan
► Hogere toegestane vermogensdissipatie, vooral onder omstandigheden met hoge transiënte vermogens
► Dubbel-zijdige PCB-opstelling, omdat de PCB-bodem niet langer nodig is voor warmteafvoer
► Verbeterde systeemintegratie en automatiseringscompatibiliteit, ter ondersteuning van compacte en modulaire ontwerpen
► Efficiëntie op systeem-niveau en kostenvoordelen, zeer geschikt voor geëlektrificeerde en- EV-toepassingen met grote volumes
Nieuwe uitdagingen onder TSC: thermisch geleidende isolatiecoating
Naarmate de vermogensdichtheid blijft toenemen, moeten interfacematerialen dit leverensnellere thermische respons, betrouwbaarheid van hoge-spanningsisolatie en productieconsistentie.
Traditioneel zijn koelingsinterfaces aan de bovenzijde- afhankelijk van a"TIM + isolatieplaat + TIM"sandwichstructuur: TIM-lagen vullen gaten in het oppervlak op en geleiden warmte. Isolatieplaten zorgen voor elektrische isolatie op hoog-spanning. Hoewel bewezen en betrouwbaar, vertoont deze aanpak beperkingen in compacte systemen met hoog-vermogen:
► Meerdere interfaces vertragen de voorbijgaande thermische respons
►De complexiteit van de assemblage neemt toe, met strengere tolerantiecontrole
►BOM en productiekosten blijven stijgen
Tegen deze achtergrond winnen warmtegeleidende isolatiecoatings steeds meer aandacht als geïntegreerde interface-oplossing voor boven-koelingsarchitecturen.
★ Eén enkele, continue, dunne en uniforme coating kan tegelijkertijd zorgen voor hechting, thermische geleiding en elektrische isolatie.
MCOTI MEP 37-serie: thermisch geleidende isolatiecoatings
Om te voldoen aan de eisen van de volgende-generatie EV-voedingssystemen en top-zijkoelingsapparaten, heeft MCOTI de MEP 37-serie thermisch geleidende isolatiecoatings ontwikkeld.
De MEP 37-serie kan direct worden toegepast op koellichamen of metalen grondplaten.Met een ultra-dunne laagdikte van 100 ~ 250 μm levert het een diëlektrische weerstand van 3.000 ~ 6.000 V,vormen een oplossing met hoge-prestaties die is geoptimaliseerd voor ontwerpen voor-koeling aan de bovenzijde.
Belangrijkste voordelen
● Interface-integratie: Vervangt traditionele isolatieplaten door een enkele doorlopende coating, waardoor het aantal interfaces wordt verminderd en het thermische pad wordt verkort
● Ultra-lage thermische weerstand: Zo laag als0,16 K·cm²/W, met uitstekende thermische stabiliteit op lange- termijn
● Validatie van betrouwbaarheid op automobielniveau-:
■ Vochtige hitte: 1539H @ 85 graden / 85% RH
■ Thermische schok: 790 cycli bij −40 tot 125 graden
■ Veroudering bij hoge- temperaturen: 2000 uur bij 125 graden
● Diëlektrisch bestand tegen spanning:4,3 kV (alle tests geslaagd met consistente thermische prestaties)
Kostenreductie op systeem-niveau:Stuklijstanalyse geeft ongeveer aan40% materiaalkostenreductie,samen met lagere arbeids- en montagekosten
● Hoge procesefficiëntie:Spuitapplicatie met snelle uitharding maakt korte cyclustijden en een hoog rendement mogelijk
● Schaalbare productie:Compatibel met geautomatiseerde spuitprocessen, ter ondersteuning van volumeproductie en procesconsistentie
Grafiek 1: Vergelijking van materiaalkosten van MCOTI-coatingoplossingen met traditionele isolatieplaten
Grafiek 2: Vergelijking van materiaalkosten van MCOTI-coatingoplossingen met traditionele isolatieplaten
