Matchmaking: 4 oktober 2018, High-tech thermische oplossingen voor high-tech apparatuur

De EMVT-vereniging kan opnieuw terugkijken op een zeer geslaagde matchmakingmiddag, gehouden op 4 Oktober 2018 tijdens de WoTs in de Jaarbeurs te Utrecht. Deze keer was het thema “High-tech thermische oplossingen voor high-tech aparatuur”.

Tijdens deze middag hebben vier sprekers ons meegenomen in hun vakgebieden en vanuit hun expertise laten zien wat de bottlenecks en uitdagingen zijn die ze (dagelijks) tegenkomen.

De eerste spreker van de middag was Prof. Ir. Korneel Wijnands van de TU Eindhoven. Zijn onderwerp was de koeling van Power Electronic Converters. Voordat hij daadwerkelijk over koeling ging spreken, werd eerst stil gestaan bij het hoe en waardoor er verliezen ontstaan in vermogenshalfgeleiders. Om dit in beter in kaart te brengen speelt simulatie een grote rol. Vervolgens besprak hij de verschillende koelingsmogelijkheden voor complete systemen alsook PCB. Zonder vermogenselectronica is onze huidige wereld ondenkbaar. Daarom ligt het voor de hand dat bij deze componenten betrouwbaarheid en levensduur uiterst belangrijke issues zijn. Ondanks de relatief lagere verliezen van nieuwe componenten, zal er koeling nodig blijven. De uitdagingen in dit vakgebied zullen dan alleen maar gaan toenemen, waarbij ook op EMC-terrein nog veel te doen is.

Vervolgens kwam  Dr. Zian Qin aan het woord. Hij is Assistant Professor DC Systems, Energy Conversion & Storage (DCE&S) aan de TU Delft. Zijn onderwerp was de impact van temperatuurschommelingen op de levensduur van Power Modules. Uit onderzoek blijkt dat op dit moment nog veel Power Modules worden toegepast waarbij in het ontwerp geen (of veel te weinig) rekening wordt gehouden met het belastingsprofiel. Ook bestaat er geen inzicht in de conditie van de module i.v.m. veroudering, uitval, etc. Op dit terrein liggen er veel uitdagingen. Een doordacht ontwerp in combinatie met in-line simulatie van de mate van veroudering kan aanzienlijke financiële besparingen gaan opleveren.

Daarna nam de heer Malte Heuermann, Productmanager EMC bij Block-Duitsland, ons mee in een nieuwe wikkeltechniek voor spoelen. Bij deze nieuwe techniek worden niet zoals bij de conventionele wikkeltechniek volle aaneensluitende lagen op de smoorspoelen gewikkeld. Juist door ruimte te laten tussen de windingen kunnen de wervelstroomverliezen worden verlaagd, de stroomdichtheid vergroot, warmte wordt beter afgevoerd en de kans op windingsluiting vermindert sterk. Door deze techniek is er ook minder isolatiemateriaal nodig, hetgeen weer ten goede komt aan de levensduur. Al met al een techniek die potentie heeft om op termijn ook op het gebied van transformatoren zijn intrede te doen.

De laatste spreker op deze middag was Paul Zevenbergen van Airbus. Hij heeft ons meegenomen in de wereld van de ruimtevaart en een inkijk gegeven met welke andere factoren je rekening moet houden bij het ontwerpen in deze bijzondere tak van sport. Twee dingen zijn met name anders dan we op aarde gewend zijn: In vacuüm kun je alleen koelen door geleiding (straling is verwaarloosbaar bij de temperaturen waarbij elektronica kan werken) en de temperatuurwisselingen zijn enorm. Een satelliet die een aantal keren per dag om de aarde draait bevindt zich afwisselend in de volle zon en in de schaduw van de aarde. Als je daar niets aan doet kan de temperatuur van de satelliet honderden graden per cyclus op en neer gaan. Alle elektronica bevindt zich daarom in een ruimte waarvan de temperatuur gecontroleerd wordt en zelfs dan bedraagt de variatie over een cyclus meer dan 100°. En dan moet alles ook nog extreem betrouwbaar zijn, want reparatie van een defect onderdeel is natuurlijk niet aan de orde.

Al met al is het voor de aanwezigen een uiterst boeiende en interessante middag geweest, van waaruit iedereen voor zijn eigen vakrichting het nodige aan inspiratie uit kon halen om nieuwe uitdagingen aan te gaan.