在最新的GaN 和 SiC組件的推動下，電力電子模塊的尺寸不斷縮小，同時散熱量也在不斷增加。因此，在許多應用中，工程師將主動（泵送）水冷卻作為看似顯而易見的解決方案。使用回路熱管 (LHP) 技術，Cayos 提供了一種被動、可持續的替代方案，可應用于不同行業的許多熱問題。

在接受電力電子新聞采訪時，Ben Sutton（Calyos 的營銷經理）解釋說，回路熱管是一種被動的兩相傳熱裝置。這些系統可以將多個熱源與低質量解決方案結合在一起，該解決方案可以在復雜的環境中導航，同時保持能夠冷卻高熱密度組件。

回路熱管適用于惡劣環境中的應用，可以毫無問題地處理加速度和振動。流體定制允許優化操作條件，包括量子計算機的低溫應用。

技術

熱管是一種通過工作流體的蒸發和冷凝，可以在冷熱界面之間以很小的溫差進行大量熱量交換的傳熱裝置。

與熱管不同，LHP 內的燈芯結構集中在蒸發器內。這種燈芯結構提供毛細管泵送壓力，將液體推向蒸發器的底板，在那里它蒸發并沿蒸汽管線流出。蒸發器是設備的核心，包含一個多孔的毛細管芯結構，通常基于金屬或有機聚合物。

“所以，顯而易見的問題是它的表現如何？”薩頓說。他與我們共享了一系列數據，以驗證其系統的性能，因為每種情況都取決于應用程序的具體情況，而且許多項目都是保密的。薩頓補充道：“用外行術語來說，由于汽化流體的熱阻低，傳熱系數高，該系統可以最大限度地提高冷凝器的溫度，進而最大限度地增加冷源傳遞的熱量。”

在與我們分享的一個高密度逆變器示例中，Calyos 能夠提供一個類似的系統，允許組件消耗四倍的熱功率，同時在與水系統相同的限制下運行。其次，由于其系統經過氦氣測試的閉環設計，由于沒有內部移動部件，客戶可以期待可靠性和使用壽命的顯著提高。在與客戶合作時，Cayos 鼓勵設計完全無源系統（不使用風扇），從而有機會將冷卻系統的能耗降低 100%——對許多人來說這是一個有吸引力的解決方案。

圖 2：顯示 LHP 系統中核心組件的圖表

LHP的工作原理可以概括為以下幾點：

蒸發器上的銅基板與熱源導熱。

在蒸發器內部，液體從儲液器通過多孔芯結構流向底板。

由于溫度較高，液體在到達基板時蒸發。

蒸氣沿著蒸發器結構內的出口路徑被引導到蒸氣管線。

當蒸汽到達冷源時，由于溫度較低，它會凝結回液體。

由于來自蒸氣管線的壓力，液體沿著液體管線流回蒸發器。

在向蒸發器加熱的同時，該過程無限期地繼續。

Sutton 表示，Calyos 已在利基市場（鐵路、能源、電信）中將該產品商業化，并通過其在比利時的工廠繼續增加產量。成本阻礙了汽車和計算市場的廣泛采用。這兩個市場都提供了很好的機會，Calyos 正在與原始設備制造商和一級供應商進行持續的開發項目和討論。討論顯然集中在通過與客戶整合供應鏈和探索許可協議來實現更大規模的生產。

“一個值得分享的偉大項目是我們在鐵路行業所做的工作。牽引變流器安裝在火車上，將來自電力線的直流電轉換為驅動火車。我們的系統被動冷卻 8 個 IGBT 模塊，沒有泵和風扇。這不僅使最終客戶受益于具有相當低的總體擁有成本的系統，而且還大大降低了噪音，尤其是當火車停在車站時，可以提供更好的乘客體驗，”薩頓說。

圖 3：牽引變流器的被動冷卻系統

結論

有效的冷卻技術可以提高電子元件的使用壽命和可靠性，從而最大限度地提高系統效率。兩相技術（例如 LHP）可以非常有效地將熱量從最熱點（例如高功率 IGBT）轉移到散熱器的翅片區域或其他冷卻結構。

“使用汽化潛熱驅動冷卻系統是一個絕妙的想法，Calyos 很幸運地開發了一項偉大的熱技術，解決了與傳統熱管相關的許多挑戰，同時保留了這些優勢。隨著我們的技術越來越多地被采用，我們希望我們能夠提供更多完全被動的解決方案，進而產生巨大的可持續影響”，Sutton 總結道。

審核編輯 黃昊宇