编辑:Mary C. Gannon，高级编辑
电子器件越来越小。在防御应用中尤其如此，其中小包装中的高功率密度几乎总是给出。
穆格的海军业务部门最近获得了如此挑战，因为它需要适应电力量的15倍，而不会增加体积进入控制器。通过精炼拓扑，包括使用新型液体，穆格迎接了挑战，然后遇到了一些。
一段时间以来，穆格已经设计了10千瓦峰值正弦驱动控制器。在此基础上，一个由工程经理Jason D. Weiss和项目工程师Emily Ceccarelli领导的团队开始开发一个150千瓦的峰值控制器。该团队研究了多种增加驱动拓扑功率的方案，重点关注四个主要影响功率密度的方面:减少损耗、高导热、提高操作温度和减少封装体积。
该图示出了海军应用中使用的标准控制器的比较大小，采用NoVec介电流体的新设计。
为了减少控制器内的损失，执行使用在多级配置中的碳化物碳化物（SiC）开关装置的贸易研究。与硅MOSFET和绝缘栅双极晶体管或ICBT相比，SiC MOSFET已被证明具有较低的导通损耗，降低开关损耗并在较高温度下操作。该团队将输出电压提高到基线设计的大约两倍，以帮助降低输出电流并降低滤波器损耗。因此，多级配置与标准逆变器将提供所需切换装置上的电压应力的降低。整体控制器设计用于95％的系统效率。虽然他们能够提高效率，但他们仍然必须管理7.5千瓦的热量。
研究了各种冷却和热管理方法，包括自然对流，强制空气，液体冷却和热管。该团队认为重量，传热，电导率，复杂性，成本和可行性等因素。他们发现为申请提供最有益的区域是用于管理外部热量和Novec介电流体以处理内部热的水冷。
根据Ceccarelli的说法，Novec是一种3m品牌的环保惰性流体，它“被设计成在特定的温度下沸腾，并允许组件在特定的热量下运行。”
为了更好地了解介质流体和SiC器件的浸泡情况，Moog工程师开发了一种测试单元，可以容纳大功率电阻、电感和SiC器件及其驱动电路。工程介质流体的传导性略高于空气，但流体的主要传热方法是相变——从液体沸腾到蒸汽。当液体沸腾时，它需要能量，即汽化热，才能从液体变成气体。在这一相变过程中，液体的温度保持不变。
两相循环的第二部分是冷凝。所有被蒸汽吸收的热量随着蒸汽上升，必须转移到冷凝器，以便再次从蒸汽变为液体。液冷板将热量从外壳转移到外部的热交换器。
在实验中，功率电阻被放置在不同的方向，以了解不同的沸腾影响。在典型的风冷散热器安装装置中，用于测试的电阻器额定功率为260w。使用介电流体，他们在不破坏设备的情况下获得了接近设备额定功率的4倍的功率级别。
MOOG控制器的测试单元设计，在小18 x 18 x 8中提供150 kW的电源。设计。
SIC模块电路卡与模块浸没在Novec中，但由于流体具有介电常数，这是空气的9次，因此似乎表面电流阻碍了该系统长时间运行。MOOG为整个150千瓦设计开发了一个电感器，并在流体中测试，但不能在200A的电力下获得沸腾，这是供电限制。为了进一步调查在减少电感器时，它们占据了4.5×0.5×0.0014英寸的铜带。并进行了相同的测试。这一小块铜通常在空气中蒸发良好，低于200 A水平，最终沸腾了NOVEC并保持在55℃的稳定温度下。该信息导致电感器尺寸和整体滤波器大小的减小。
从测试中武装此信息，MOOG能够开发一种能够处理电力量的15倍的控制器，体积小于500英寸3.。实际控制器仅为18 x 18 x 8。
除了将电感器浸入流体的好处外，该团队还发现了测试介电流体有助于维持极端爆炸性电弧的好处。因此，熔断器行业也可以从使用Novec流体中获益。
“我很乐意将这种设计分解成将被改装的元素被改装，无论是用于风电应用的极端过滤，保险丝用于地面车辆应用还是在商业中使用SIC模块飞机应用，“Ceccerelli说。“我的梦想客户一直是美国海军。我在海军应用程序上工作了各种电子设计，并希望看到这种更换在各种功率水平的液压设计。“
Weiss补充说，控制器将适用于“任何需要移动的大型和/或重型车辆，无论是有大舵的船舶，有大炮塔的坦克，还是有非常高力控制表面的飞机。”我想，你可以让你的想象力在那里肆意驰骋，对于这类东西的应用真的是没有限制的。”
穆格，空间和国防集团，海军系统业务部
www.moog.com.
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