Laminoidun virtakiskotekniikan trendien ja sovellusten analyysi: Matalainduktanssiset liitäntäratkaisut-suurtehoisille sähköjärjestelmille

 

Uusien energiaajoneuvojen (NEV), energian varastointijärjestelmien, teollisuuden teholähteiden ja älykkäiden verkkojen nopean kehityksen myötä tehoelektroniikkalaitteet kehittyvät kohti korkeampia tehotiheyksiä, korkeampia jännitearvoja ja kompaktimpia rakenteita. Tätä taustaa vasten perinteiset kaapeliliitännät ja tavalliset kupariset virtakiskorakenteet eivät pysty vastaamaan sovellusten vaatimuksiin, jotka liittyvät nopeaan-kytkentään, korkeataajuiseen{2}}käyttöön ja monimutkaisiin lämmönhallintaympäristöihin.

 

Edistyksellinen sähköinen liitäntäkomponentti, laminoitu virtakisko{0}}joka on muodostettu laminoimalla useita kerroksia johtimia ja eristemateriaaleja integroiduksi rakenteeksi-vähentää tehokkaasti parasiittista induktanssia virtasilmukassa ja parantaa järjestelmän vastenopeutta ja toiminnan vakautta. Tällä hetkellä tätä tekniikkaa käytetään laajasti NEV-sähkökäyttöjärjestelmissä, energian varastointimuuntimissa, teollisuusinverttereissä, rautatieliikenteessä ja tehokkaissa-virtalähdejärjestelmissä.

 

Perinteisiin liitäntämenetelmiin verrattuna laminoitujen virtakiskojen ensisijainen etu on virransiirtoteiden optimointi. Pinoamalla tiukasti positiiviset ja negatiiviset johtimet (tai eri potentiaalilla olevat johtimet) virtasilmukan pinta-ala minimoidaan; Tämä mahdollistaa vastakkaisiin suuntiin virtaavien virtojen synnyttämien magneettikenttien kumoamisen, mikä vähentää hajainduktanssia. Tämä on erityisen tärkeää järjestelmissä, joissa käytetään{2}}nopeita teholaitteita, kuten IGBT:itä ja SiC MOSFETejä, koska se vähentää tehokkaasti jännitepiikkejä kytkennän aikana ja parantaa laitteiden luotettavuutta.

 

NEV-sektorilla korkeajännitteisten alustojen jatkuva päivitys{0}}vaatii sähköisten liitäntäkomponenttien, jotka vastaavat samanaikaisesti korkean virran-kantokapasiteetin, kevyen suunnittelun ja tilan optimoinnin vaatimuksia. Esimerkiksi korkeajännitteisten akkujärjestelmien Power Distribution Unit (PDU) -virtakiskon täytyy käsitellä virranjakelua, suojaliitäntöjä ja luotettavaa virranjohtamista, mikä asettaa korkeampia vaatimuksia materiaaliominaisuuksille ja rakennesuunnittelulle.

 

Tulevaisuudessa 800 V:n ja korkeamman jännitteen alustojen kehityksen myötä laminoidut virtakiskot tulevat olemaan yhä keskeisempi rooli uusissa energiansiirtojärjestelmissä.
 

 

Laminoidut virtakiskot koostuvat tyypillisesti johtavista kerroksista, eristyskerroksista ja suojakerroksista. Johtimet valmistetaan pääasiassa erittäin johtavasta kuparista tai alumiinista, kun taas eristysmateriaalit -kuten PET, PI tai epoksihartsi- valitaan jännitteen, lämpöympäristön ja erityisten sovellusvaatimusten perusteella.

 

Valmistusprosessiin kuuluu yleensä tarkkuusleimaus, taivutus, pintakäsittely, eristyslaminointi ja lopullinen laminointimuovaus. Säätämällä tarkasti kerrosten välistä etäisyyttä ja rakenteellisia mittoja voidaan saavuttaa alhainen-induktanssi ja erittäin luotettava tehonsiirto.

 

Nopeissa{0}}kytkentävirtalähteissä induktanssi vaikuttaa suoraan tehokomponenttien suorituskykyyn. Liiallinen silmukkainduktanssi voi johtaa suuriin jännitepiikkeihin kytkentätransienttien aikana, mikä vaarantaa komponenttien turvallisen toiminnan. Tästä syystä matalan induktanssin{3}}muotoilu on tärkeä tekninen vaatimus laminoiduille virtakiskoille.

 

Teollisuusautomaatiossa nopeille{0}}nopeuksille käyttösovelluksille VFD-taajuusmuuttajille suunnitellut laminoidut virtakiskot optimoivat johtimien sijoittelun lyhentääkseen virtasilmukan pituutta, mikä parantaa taajuusmuuttajajärjestelmän toiminnan tehokkuutta.

 

Induktanssin vähentämisen lisäksi laminoidut virtakiskot tarjoavat seuraavat edut:

 

Ensinnäkin ne parantavat tilankäyttöä. Perinteiset johtosarjat vaativat paljon reititystilaa, kun taas laminoitu rakenne yhdistää useita johtavia polkuja pieneksi jalanjäljeksi, mikä mahdollistaa kompaktimman laitesuunnittelun.

 

Toiseksi ne parantavat lämmönhallintaominaisuuksia. Suuret-pinta-alat-kuparijohtimet vähentävät paikallista virrantiheyttä ja lämpötilan nousua, mikä parantaa pitkän-toiminnan vakautta.

 

Kolmanneksi ne lisäävät kokoonpanon luotettavuutta. Integroitu rakenne minimoi liitoskohtien määrän vähentäen tekijöiden, kuten löystyneiden pulttien tai kontaktien hapettumisen, aiheuttamien vikojen riskiä.

 

Suorituskykyisen{0}}laskennan alalla tehojärjestelmien on tuettava nopeaa-nopeaa-virtaa. Supertietokoneiden piirilevyille tai taustalevyille suunnitellut laminoidut kiskot täyttävät vaatimukset kompakteille ja erittäin luotettaville virtaliitoksille palvelimissa ja laskenta-alustoissa.

 

 

 

Tällä hetkellä laminoitujen virtakiskojen kasvavaa kysyntää ohjaavat ensisijaisesti alat, kuten uudet energiaajoneuvot (NEV), energian varastointijärjestelmät, teollisuusinvertterit ja datakeskukset.

 

Akut, moottoriohjaimet ja korkeajännitteiset sähkönjakelujärjestelmät NEV:issä edellyttävät kaikki vakaat ja luotettavat voimansiirtorakenteet. Perinteisiin kuparijohtoliitäntöihin verrattuna laminoidut virtakiskot vähentävät painoa ja parantavat tilankäyttöä varmistaen samalla luotettavan toiminnan ajoneuvoympäristölle tyypillisissä tärinä{2}}alttiissa olosuhteissa.

 

Moottorinohjausjärjestelmissä moottorinohjaimen virtakiskot käsittelevät suurvirtaliitäntöjä tehomoduulien välillä, mikä edellyttää pientä vastusta, pientä induktanssia ja erinomaista lämmönpoistoa. Kun NEV:ien teho kasvaa, nämä sovellukset asettavat yhä tiukempia vaatimuksia virtakiskosuunnittelulle.

 

Energian varastointiteollisuuden kasvu on johtanut myös laminoitujen virtakiskojen teknologisiin päivityksiin. Laajat-energian varastointijärjestelmät-, jotka sisältävät akkuklustereita, virranmuunnosmoduuleja ja ohjausyksiköitä,-edellyttävät erittäin luotettavia virranjakelurakenteita. Laminoidun rakenteen optimointi auttaa vähentämään järjestelmän häviöitä ja parantamaan energian muunnostehokkuutta.

 

Televiestintäinfrastruktuurin alalla 5G-tukiasemien ja reunalaskentalaitteiden kasvavat virrankulutukset ovat tehneet suuritiheyksisistä sähkönjakelurakenteista avainaseman. Laminoidut virtakiskot, jotka on suunniteltu solukkotukiasemien tehonjakoon, mahdollistavat vakaammat ja kompaktimmat tehoasetelmat tietoliikennelaitteissa.

 

Samaan aikaan palvelinkeskukset asettavat uusia vaatimuksia korkean-tehotiheyden-virranjakelulle. Koska palvelintelineiden sisällä on rajallinen tila, tarvitaan tehokkaita, turvallisia ja luotettavia virtaliitäntäratkaisuja. Näin ollenlaminoidut virtakiskot telineeseen{0}}asennettavaan virranjakoonniistä on tulossa yhä tärkeämpi osa nykyaikaisia ​​datakeskusten sähköjärjestelmiä.