Lisää kerroksia, parempi väärinkäsitys laminoiduissa kiskoissa

Uuden energian, tehoelektroniikan ja teollisuusautomaation nopean kehityksen myötä laminoituja virtakiskoja käytetään laajalti energian varastointijärjestelmissä, inverttereissä, uusissa energiaajoneuvoissa, tehomoduuleissa ja kiskoliikenteessä niiden alhaisen induktanssin, korkean integroinnin ja hyvän EMC-suorituskyvyn vuoksi. Laminoidut matalan-induktiiviset virtakiskot ovat vähitellen korvanneet perinteiset kaapeliliitännät, ja niistä on tullut tärkeä osa nykyaikaisia ​​sähköjärjestelmiä.

 

Alalla on kuitenkin edelleen yleinen väärinkäsitys: enemmän kerroksia laminoidussa virtakiskossa tarkoittaa välttämättä parempaa suorituskykyä. Todellisuudessa laminoitu suunnittelu on systemaattinen suunnitteluprojekti, joka vaatii kokonaisvaltaista induktanssin, lämmönhajoamisen, rakenteellisen tilan, kustannusten ja sovellusskenaarioiden huomioon ottamista. Ei ole absoluuttista johtopäätöstä, jonka mukaan "enemmän tasoja on edistyneempiä."

 

 

 

Laminoidut virtakiskot koostuvat tyypillisesti useista kerroksista johtavia kuparikiskoja ja eristäviä materiaaleja, jotka on liitetty yhteen kuumapuristusprosessilla. Ne ovat tyypillisiä monikerroksisia komposiittirakenteisia liitospalkkeja. Optimoimalla positiivisten ja negatiivisten napojen välinen etäisyys ja asettelu, hajainduktanssia piirissä voidaan vähentää merkittävästi, mikä parantaa järjestelmän toiminnan vakautta. Tällä hetkellä alan yleiset tekniset tiedot vaihtelevat pääasiassa 2–6 kerroksesta, ja eri kerrosnumerot vastaavat erilaisia ​​​​sovellustarpeita:

 

2-kerrosrakenteet sopivat tyypillisesti pienitehoisille- tai keski{4}}tehoisille laitteille, ja ne tarjoavat etuja, kuten kypsät valmistusprosessit, alhaisemmat kustannukset ja yksinkertaisen asennuksen. Niitä löytyy yleisesti tehonjakeluyksikön peruskiskoista, pienjänniteinverttereistä ja yleisistä teollisuuden sähkönjakelujärjestelmistä.

 

3-kerrosrakenteet ovat yksi yleisimmin käytetyistä ratkaisuista. Kolmikerroksiset laminoidut virtakiskot saavuttavat paremman virranjaon ja sähkömagneettisen suojauksen, mikä tarjoaa korkean kustannustehokkuuden-keskitehoisissa laitteissa. Niitä käytetään laajalti energiaa varastoivissa inverttereissä, UPS-järjestelmissä ja uusissa energia-apuohjausmoduuleissa.

 

Vähintään 4-kerroksisia rakenteita käytetään useammin korkean Niiden ydinetuja ovat pienempi hajainduktanssi, vahvempi EMC-ominaisuus ja parempi järjestelmäintegraatio.

 

 

 

I. Muutokset sähkön suorituskyvyssä

Kerrosten lukumäärän kasvaessa positiivisten ja negatiivisten johtimien välille voidaan muodostaa tiukempi kytkentärakenne, mikä vähentää hajainduktanssia. Tämä on erityisen tärkeää korkeataajuisten-siC-laitteiden ja{2}}nopeiden IGBT-moduulien yhteydessä.

 

Räätälöidyt laminoidut virtakiskot IGBT:ille keskittyvät tyypillisesti virtakiskon välisen rakenteen optimointiin vähentämään jännitepiikkejä ja kytkennän aikana syntyviä EMI-häiriöitä.

 

Kerrosten määrän lisääminen ei kuitenkaan välttämättä tarkoita rajatonta suorituskyvyn parantamista. Liian monta kerrosta voi johtaa lisääntyneeseen kerrosten väliseen loiskapasitanssiin, mikä voi vaikuttaa negatiivisesti järjestelmän vakauteen, jos parametreja ei soviteta oikein. Siksi, kun suunnitellaan laminoitua virtakiskoa kolmi-tason invertteriin, induktanssi- ja kapasitanssiparametrit on tasapainotettava samanaikaisesti.

 

II. Muutokset lämmönpoistokapasiteetissa

Monikerroksiset rakenteet voivat laajentaa lämmönjohtamisreittiä ja lämmönpoistoaluetta, joten monikerroksisilla virtakiskoilla on tyypillisesti pienempi lämpötilan nousu samoissa virransiirtoolosuhteissa.

 

Suurin{0}}virtaskenaarioissa, kuten High Voltage Explosion-Proof Invertterikiskot, monikerroksiset rakenteet voivat tehokkaasti vähentää paikallisia kuumia pisteitä ja parantaa pitkän -toiminnan vakautta.

 

Kuitenkin samaan aikaan kerrosten määrän lisääminen johtaa myös kokonaispaksuuden kasvuun, mikä vie enemmän asennustilaa. Siksi kompakteissa laitteissa sisäinen asettelu on harkittava kattavasti.

 

III. Parannetut järjestelmäintegrointiominaisuudet

Yksi laminoitujen virtakiskojen suurimmista eduista on niiden korkea integrointiaste. Perinteisiin johtosarjoihin verrattuna monikerroksiset rakenteet voivat integroida samanaikaisesti useita tehosilmukoita, signaalisilmukoita ja maadoitusjärjestelmiä, mikä vähentää yhteyssolmuja ja parantaa järjestelmän luotettavuutta.

 

Esimerkiksi:

Laminoituja virtakiskoja tehonjakoon taustalevyille voidaan käyttää palvelin- ja teollisuusvoimajärjestelmissä.

Laminoidut väyläkiskot reitittimen taustalevyn jakeluun soveltuvat viestintälaitteiden sisäiseen virransyöttöön.

Laminoituja väyläkiskoja solukkotukiasemien virranjakoon käytetään laajalti 5G-tukiasemissa ja tietoliikenteen virtalähteissä.

Monimutkaisissa kaapelointiympäristöissä laminoidut virtakiskot monimutkaisiin virtakiskoasennuksiin vähentävät tehokkaasti tilantarvetta ja yksinkertaistavat asennusprosessia.

 

IV. Rakenteellinen vakaus ja -häiriönestokyky

Monikerroksiset rakenteet voivat muodostaa täydellisemmän sähkömagneettisen suojaussilmukan, mikä parantaa järjestelmän häiriönpoistokykyä-.

 

Uusien energia-ajoneuvojen, sähkökäyttöjärjestelmien ja raideliikenteen alalla moottoriohjainkisoilla ja Subway-laminoiduilla virtakiskoilla on korkeat EMC-suorituskykyvaatimukset. Monikerroksiset symmetriset rakenteet voivat vähentää tehokkaasti nykyisiä epätasapainoongelmia ja parantaa laitteiden pitkäaikaista vakaata toimintakykyä-.

 

Rautatieliikenteessä ja suuritehoisissa vetojärjestelmissä komposiittikiskon neljälle-kvadranttitehomoduulille on myös kestettävä dynaamisia iskuja, korkeita lämpötiloja ja säilytettävä korkea eristyskyky.
 

 

Vaikka korkeamman kerroksen kiskot tarjoavat erinomaisen suorituskyvyn, valmistuksen monimutkaisuus lisääntyy vastaavasti.

 

Kaksi{0}}–kolme-kerrostuotteissa on suhteellisen kypsät prosessit, korkea tuottoaste ja hallittavissa olevat käsittelykustannukset.

 

Neljä-kerrosta ja korkeammat tuotteet asettavat korkeampia vaatimuksia kuparikalvon paksuuden säätelylle, eristeen laminoinnin tarkkuudelle, kuuma-puristusprosesseille ja symmetriselle asettelulle. Tämä pätee erityisesti erikoisrakenteisiin, kuten osittain laminoituihin virtakiskoihin, jotka vaativat erittäin suurta tarkkuutta paikallisten eristys- ja johtavuusalueiden käsittelyssä.

 

Lisäksi monikerroksiset rakenteet{0} tarkoittavat:

Lisääntynyt raaka-aineiden kulutus;

Monimutkaisemmat laminointiprosessit;

Tiukemmat testausstandardit;

Pidemmät tuotantosyklit.

 

Siksi korkeatasoiset{0}}ratkaisut eivät välttämättä sovellu kaikkiin projekteihin.

 

 

Pienille ja keskisuurille laitteille, joiden teho on alle 100 kW, kahdesta kolmeen kerrosta riittää yleensä. Nämä skenaariot sisältävät perussovelluksia, kuten yleiset energian varastointijärjestelmät, pienet UPS-järjestelmät ja UPS-järjestelmän kiskot.

 

Keski{0}}--suuritehoisissa järjestelmissä (100kW - 500kW) 3-4-kerroksinen rakenne on sopivampi tasapainottamaan induktanssin suorituskykyä, lämmönpoistoa ja valmistuskustannuksia.

 

Yli 500 kW:n -tehojärjestelmissä, korkeataajuisissa piikarbidimuuntimissa ja suurissa energian varastointijärjestelmissä vaaditaan yleensä 4–6-kerroksinen rakenne, jotta se täyttää alhaisemman induktanssin, korkeamman EMC-kyvyn ja voimakkaamman lämmönpoiston vaatimukset.

 

Esimerkkejä:

Laminoidut virtakiskot sähköautoihin;

High Voltage Explosion{0}}Invertterikisko

Laajamittainen{0}}energian varastointi-PCS-järjestelmät;

korkeajännite{0}}taajuusmuuttajat;

Uudet energiaajoneuvojen pääkäyttöjärjestelmät.

 

Monimutkaisissa piireissä, kuten monitasoisissa topologioissa, 3--5-kerroksinen rakenne tarvitaan usein kolmitasoisten invertterien laminoidulle virtakiskolle, jotta saavutetaan symmetriset virtareitit ja vakaa virranjaon ohjaus.

 

 

 

Väärinkäsitys 1: Enemmän tasoja tarkoittaa välttämättä parempaa suorituskykyä

Todellisuudessa kerrosten määrä on ainoa suorituskykyyn vaikuttava parametri.

Kuparikiskon paksuus, eristysmateriaali, piirien sijoittelu, johtimien etäisyys ja käsittelytarkkuus vaikuttavat suoraan lopulliseen suorituskykyyn.

Kerrosten määrän sokea lisääminen ei ainoastaan ​​lisää kustannuksia, vaan voi myös vaikuttaa laitteiden vakauteen loisparametrien muutosten vuoksi.

 

Väärinkäsitys 2: Matala-kerrostuotteet ovat "low-end-ratkaisuja".

Itse asiassa monille pienille ja keskisuurille laitteille 2-–3-kerroksiset rakenteet ovat kypsimmät, vakaammat ja kustannustehokkaimmat ratkaisut.

Hyvin suunniteltu-kolmikerroksinen-laminoitu virtakisko voi täyttää täysin useimpien tavanomaisten teollisuussovellusten tarpeet.

 

Väärinkäsitys 3: Tuotteilla, joissa on sama määrä kerroksia, on sama suorituskyky

Vaikka kerroksia olisi sama, eri mallien välillä voi silti olla merkittäviä eroja.

Esimerkiksi kuparikalvojärjestely, eristysmateriaali, kuumapuristusprosessi-ja johtimen symmetria vaikuttavat kaikki suoraan virtakiskon suorituskykyyn.

Laadukkaiden{0}}kuparisten virtakiskojen todellinen suorituskyky on usein paljon parempi kuin tavallisten rakennetuotteiden.

 

 

 

Piikarbidilaitteiden, suur{0}}taajuusmuuttajateknologian ja energian varastointijärjestelmien jatkuvan kehityksen myötä laminoidut virtakiskot kehittyvät kohti korkeampia taajuuksia, parempaa integraatiota ja parempaa hienostuneisuutta.

 

Tulevaisuudessa huippuluokan{0}elektroniikkakentät, kuten laminoidut väyläkiskot supertietokoneiden piirilevyille tai taustalevyille, edistävät jatkossa kiskojen kehitystä kohti korkeaa tiheyttä, pienentämistä ja mukauttamista.

 

Samaan aikaan uusien energia-ajoneuvojen, tehoelektroniikan ja viestintälaitteiden omistetuista virtakiskosuunnitelmista tulee segmentoituneempia, ja teollisuus painottaa enemmän "sovellusten mukauttamista" sen sijaan, että se pyrkisi vain lisäämään kerrosten määrää.

 

 

Laminoitujen virtakiskojen ydinarvo ei piile "enemmän kerroksissa", vaan niiden kyvyssä vastata tarkasti laitevaatimuksiin.

 

Järkevässä kerrossuunnittelussa tulee harkita kattavasti:

Laitteiden teho;

Kytkentätaajuus;

EMC-vaatimukset;

Lämmönpoistokyky;

Asennustila;

Valmistuskustannukset;

Pitkän{0}}toiminnan vakaus.

 

Vain tieteellisen suunnittelun avulla, joka perustuu todellisiin sovellusskenaarioihin, voidaan saavuttaa suorituskykyetujaLaminoidut linja-autot, passiiviset elektroniset komponentit, toteutuvat todella ja saavuttavat optimaalisen tasapainon järjestelmän tehokkuuden, luotettavuuden ja kustannusten välillä.