Mejora del control térmico de la electrónica del amplificador de potencia GaN con disipadores de calor de aletas micro-pin
Autores: Kang, Ting; Ye, Yuxin; Jia, Yuncong; Kong, Yanmei; Jiao, Binbin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Mejora del control térmico de la electrónica del amplificador de potencia GaN con disipadores de calor de aletas micro-pin
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Gestión térmica
Amplificadores de potencia GaN
Disipación de calor
Disipador de calor de micro-aleta de clavija de silicona con bucle líquido
Conductividad térmica
Densidad de potencia disipada
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Este estudio presenta una estrategia mejorada de gestión térmica para una disipación eficiente del calor de los amplificadores de potencia de GaN con altas densidades de potencia. Las ventajas de aplicar un avanzado disipador de calor de aletas de micro-pin de silicio en bucle líquido (MPFHS) como placa de montaje para dispositivos de GaN se ilustran utilizando métodos de simulación térmica tanto experimentales como de modelo de elementos finitos en 3D, y luego se comparan con materiales de montaje tradicionales. Se equipó un sistema de termografía IR para obtener la distribución de temperatura de GaN montado en tres placas diferentes. También se investigó la influencia de la tasa de flujo de masa en un MPFHS en los experimentos. Los resultados de la simulación mostraron que el rendimiento del dispositivo de GaN podría mejorarse aumentando la conductividad térmica de los materiales de las placas de montaje. La densidad de potencia disipada del amplificador de potencia de GaN aumentó 17.5 veces cuando la placa de montaje se cambió de LTCC (Cerámica Cofired de Baja Temperatura) (k = 2 Wm K) a HTCC (Cerámica Cofired de Alta Temperatura) (k = 180 Wm K). Los resultados experimentales indican que el rendimiento del dispositivo de GaN mejoró significativamente al aplicar MPFHS en bucle líquido, con la máxima densidad de potencia disipada alcanzando 7250 W/cm. Un modelo de resistencia térmica para todo el sistema, reemplazando placas tradicionales (PCB (Placa de Circuito Impreso), oblea de silicio y LTCC/HTCC) con una placa MPFHS, podría reducir significativamente (la resistencia térmica de la unión al disipador) a su valor de limitación teórica.
Descripción
Este estudio presenta una estrategia mejorada de gestión térmica para una disipación eficiente del calor de los amplificadores de potencia de GaN con altas densidades de potencia. Las ventajas de aplicar un avanzado disipador de calor de aletas de micro-pin de silicio en bucle líquido (MPFHS) como placa de montaje para dispositivos de GaN se ilustran utilizando métodos de simulación térmica tanto experimentales como de modelo de elementos finitos en 3D, y luego se comparan con materiales de montaje tradicionales. Se equipó un sistema de termografía IR para obtener la distribución de temperatura de GaN montado en tres placas diferentes. También se investigó la influencia de la tasa de flujo de masa en un MPFHS en los experimentos. Los resultados de la simulación mostraron que el rendimiento del dispositivo de GaN podría mejorarse aumentando la conductividad térmica de los materiales de las placas de montaje. La densidad de potencia disipada del amplificador de potencia de GaN aumentó 17.5 veces cuando la placa de montaje se cambió de LTCC (Cerámica Cofired de Baja Temperatura) (k = 2 Wm K) a HTCC (Cerámica Cofired de Alta Temperatura) (k = 180 Wm K). Los resultados experimentales indican que el rendimiento del dispositivo de GaN mejoró significativamente al aplicar MPFHS en bucle líquido, con la máxima densidad de potencia disipada alcanzando 7250 W/cm. Un modelo de resistencia térmica para todo el sistema, reemplazando placas tradicionales (PCB (Placa de Circuito Impreso), oblea de silicio y LTCC/HTCC) con una placa MPFHS, podría reducir significativamente (la resistencia térmica de la unión al disipador) a su valor de limitación teórica.