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A restrição de aumento da temperatura dos receptores de carga sem fio está ficando cada vez mais estreita. O tempo de carga de alta potência dos telefones de nave-pavilhão é estritamente limitado pelas estratégias de controle da temperatura, e a temperatura da superfície do caso de carga de telemóveis TWS afeta diretamente a experiência de captura. A temperatura da concha de trás dos smartwatches está diretamente relacionada à segurança da pele. Nesses cenários, a seleção de separadores magnéticos é muitas vezes simplificada como "quanto menor a perda, melhor", mas no design real, não é apenas o valor de perda do próprio material que realmente determina o desempenho de aumento da temperatura.
Os separadores magnéticos desempenham um papel duplo na ligação de gestão térmica no final de recepção. Não é apenas a localização da perda de corrente de eddy e perda de histerese, mas também uma parte do caminho de condução térmica da bobina para a concha metal. Focusar apenas nas perdas e negligenciar a condutividade térmica, ou focar apenas na condutividade térmica e negligenciar a estabilidade térmica, podem ambos expor questões de aumento excessivo da temperatura durante testes globais.
O confinamento térmico de ferritos: não apenas um problem a de perda de primeira ordem
A resistência dos separadores magnéticos de ferrito é alta, e perdas de corrente de eddy podem ser ignoradas, ocupando uma posição dominante em cenários de baixa e média potência por um longo tempo. No entanto, há uma falta estrutural na estabilidade térmica do ferrito: sua permeabilidade magnética, perda e magnetização de saturação todos mostram forte dependência de temperatura. Quando a temperatura excede um certo limiar, a perda magnética do núcleo aumenta com a temperatura, e o aumento da perda aumenta ainda mais a temperatura, formando um feedback positivo. Em cenários de alta potência como carga inalável de veículos elétricos, o risco de fuga térmica é uma das razões por que os núcleos de ferrito são chamados de "obstáculos de desempenho crítico".
Mesmo no nível de potência da eletrônica do consumidor, a sensibilidade à temperatura do ferrito ainda constitui uma restrição de design. Quando a temperatura ambiente está acima de 40 [UNK] ou abaixo de -20 [UNK], a amplitude de flutuação da permeabilidade magnética do ferrito aumenta significativamente, o que pode levar a uma operação anormal. Isso significa que em ambientes de alta temperatura ou disposições de máquinas perto de fontes de calor no verão, as propriedades magnéticas reais dos separadores de ferritos podem se desviar dos valores especificados na folha de especificação da temperatura ambiente, e o desempenho de aumento da temperatura também pode deteriorar em consequência.
Estabilidade térmica dos nanocristais: expansão da margem de design da fonte material
A vantagem térmica dos separadores magnéticos nanocristalinos vem primeiro da diferença de magnitude da temperatura de Curie. A temperatura Curie de ferrito é geralmente inferior a 200 [UNK], enquanto a temperatura Curie de nanocristais de ferro pode alcançar 570-620 [UNK]. Dentre o intervalo de temperatura operacional do receptor de carga inalámbrica (geralmente -40 [UNK] a 125 [UNK]), o material nanocristalino está longe do ponto Curie, e a permeabilidade magnética não vai experimentar um declínio agudo devido à temperatura aproximando-se do ponto Curie.
A implicação direta da engenharia dessa diferença é que os separadores magnéticos nanocristalinos ainda mantêm propriedades magnéticas previsíveis perto do limite superior da temperatura operacional, enquanto os ferritos podem ter entrado na gama de flutuações de permeabilidade magnética. Para dispositivos que precisam manter a eficiência de carga em ambientes de alta temperatura, o que os nanocristais fornecem não é "perdas mais baixas", mas uma expansão da margem de design térmico - os engenheiros não precisam reservar espaço de compensação adicional para desvio de temperatura de ferritos.
A segunda vantagem térmica dos nanocristais vem de sua condutividade térmica. Os próprios materiais nanocristalinos têm excelente condutividade térmica, e sob as mesmas condições de carga sem fio, o aumento da temperatura dos separadores magnéticos nanocristalinos é 7-8 [UNK] menor que o dos ferritos. Essa diferença de temperatura não é apenas devido a menores perdas, mas também a difusão térmica mais eficaz dentro do material. A estrutura cerâmica de óxido do ferrito tem menor condutividade térmica, facilitando a acumulação local do calor; A estrutura de nanocristais baseada em metal proporciona um melhor caminho para a condução de calor da área de perda para fora.
A ligação entre espessura e aumento da temperatura: por que 0,11 mm tem uma vantagem térmica acima de 0,27 mm
Na mesma eficiência de carga, a espessura típica dos separadores magnéticos nanocristalinos é de 0,11 mm, enquanto o ferrito requer 0,27 mm, resultando em um aumento da eficiência de carga de cerca de 2,5% e uma diminuição da temperatura de 7-8 %. Este conjunto de dados é frequentemente citado, mas a correlação entre espessura e aumento da temperatura é frequentemente ignorada.
Separadores magnéticos mais finos significam menor resistência térmica global do módulo receptor. Após o calor ser gerado da bobina e do separador magnético, ele precisa passar pelo separador magnético, camada adesiva e concha de metal para dissipar. A finura do próprio separador magnético curta o comprimento do caminho de condução térmica e reduz a resistência térmica desta seção. Enquanto isso, camadas magnéticas mais finas permitem uma igualização de temperatura mais eficaz ou camadas de dissipação de calor, como folhas de grafito ou camadas de gordura de silicone condutiva térmica, para ser arranjadas dentro da mesma altura do módulo, sem ter que ceder todo espaço a materiais magnéticos. Em outras palavras, a vantagem de aumento da temperatura dos separadores magnéticos nanocristalinos é o resultado do efeito combinado de "baixa perda" e "baixa resistência térmica trazida pelo fino", em vez da contribuição de um único parâmetro material. Em projetos sensíveis à temperatura, essa combinação tem mais valor de engenharia do que simplesmente depender de valores de perda.
Colaboração de gestão térmica: por que apoio adesivo e estruturas compostas não podem ser ignoradas
Os separadores magnéticos raramente existem sozinhos na pilha receptora. Um lado dela está ligado à bobina, e o outro lado está conectado à moldura metal, bateria ou placa de igualdade de temperatura através de apoio adesivo. A condutividade térmica do adesivo de apoio, a espessura da camada adesiva e a lacuna de ar na interface de ligação determinam diretamente se o calor gerado pelo separador magnético pode ser efetivamente dissipado.
Se o separador magnético estiver ligado com um adesivo sensível à pressão de baixa condutividade térmica, mesmo que o aumento intrínseco da temperatura do material seja baixo, o calor ainda se acumulará entre o separador magnético e a concha metal, formando pontos locais de calor. Em cenários sensíveis à temperatura, escolher um adesivo de apoio condutivo térmico ou estabelecer um caminho térmico contínuo entre o separador magnético e a camada de dissipação térmica é mais significativo na engenharia do que simplesmente buscar fatores de perda material menores.
Estruturas compostas multicamadas também precisam ser examinadas da perspectiva de vias térmicas. Se o separador magnético é composto por múltiplas camadas de camadas magnéticas e camadas adesivas montadas alternativamente, cada camada de adesivo é uma série de resistência térmica à condução térmica. Quanto mais camadas existem, maior é a resistência térmica total. Para cenários de alta potência ou de operação contínua a longo prazo, a acumulação de resistência térmica entre camadas pode compensar a vantagem de aumento da temperatura trazida pela baixa perda inerente de materiais nanocristalinos. Ao selecionar, é necessário confirmar a condutividade térmica e espessura da camada adesiva na estrutura composta do fornecedor, não apenas a espessura total da camada magnética.
Seleção e julgamento de separadores magnéticos nanocristalinos baseados em restrições de aumento da temperatura
Para cenários em que o aumento da temperatura é sensível ou as margens de gestão térmica são limitadas, a seleção de separadores magnéticos pode ser julgada pelas três dimensões seguintes.
Primeiro, confirmar em quais condições os dados de aumento da temperatura foram medidos
A vantagem de aumento da temperatura de 7-8 [UNK] é geralmente medida sob bobina específica, potência específica e condições específicas de ligação. Ao selecionar, o fornecedor deve ser obrigado a fornecer condições de teste para os dados de aumento da temperatura, incluindo energia de entrada, espaço das bobinas, tipo adesivo e condições limite de dissipação de calor. Se as condições de teste diferem significativamente da disposição real de toda a máquina, os dados de aumento da temperatura só podem ser usados como referência qualitativa. Um critério mais confiável é a taxa de retenção de permeabilidade magnética do separador magnético perto do limite superior da temperatura de funcionamento alvo, que diretamente reflete a estabilidade térmica do material.
Em segundo lugar, distinguir entre "aumento da temperatura material" e "aumento da temperatura do sistema"
O baixo aumento da temperatura do separador magnético não significa necessariamente que o aumento da temperatura no final de recepção da máquina inteira seja baixo. O aumento da temperatura do sistema também é afetado por perdas de bobinas, perdas de IC e caminhos estruturais de dissipação de calor. O valor dos separadores magnéticos nanocristalinos reside em sua capacidade de reduzir a resistência térmica e a intensidade da fonte de calor da camada magnética, deixando espaço para a gestão térmica no nível do sistema. Ao selecionar, é necessário combinar a simulação térmica ou a medição real de toda a máquina para confirmar se a melhoria da folha de isolamento magnético é mascarada por outras fontes de calor.
Em terceiro lugar, avaliar a estabilidade a longo prazo em condições de alta temperatura, em vez de depender apenas de dados de temperatura ambiente
Para cenários automobilísticos ou industriais, o final receptor pode funcionar por um longo tempo a temperaturas ambientais mais altas. Os fornecedores devem ser obrigados a fornecer dados sobre o coeficiente de temperatura da permeabilidade magnética e alterações de perda do separador magnético no intervalo de -40 [UNK] a 125 [UNK], bem como a taxa de retenção de desempenho após armazenamento de alta temperatura. A alta temperatura Curie dos nanocristais fornece a base para a estabilidade térmica no nível material, mas a resistência à temperatura da camada adesiva e estrutura composta também precisa ser verificada. O intervalo de resistência à temperatura da cinta acrílica convencional de duplo lado é de cerca de 90-120 [UNK], o que pode se tornar um laço fraco antes da falha de materiais magnéticos em cenários de alta temperatura.
Advanced Institute (Shenzhen) Technology Co., Ltd.O separador magnético nanocristalino utiliza linhas nanocristalinas baseadas em ferro como camada funcional. A permeabilidade magnética efetiva do produto acabado pode ser personalizada a partir de 150-2000, com uma indução magnética de saturação de cerca de 1,2 T. A temperatura Curie é ≥ 500 [UNK], e a espessura típica é de 0,11 mm na mesma eficiência, que é 7-8 [UNK] menor do aumento da temperatura do esquema de ferritos.
O produto suporta opções adesivas condutivas térmicas e estruturas compostas de várias camadas, permitindo o projeto de caminhos térmicos baseado no limite geral de gestão térmica da máquina, e fornecendo dados de estabilidade magnética em ambientes de alta temperatura. Para mais informação técnica, visitehttp://www.avanzado.cn/.