Laminirane invertorske sabirnice: princip smanjenja parazitske induktivnosti i ključna razmatranja za visokostrujni dizajn

Osnovna prednost laminirane bakrene šipke proizlazi iz njene "sendvič" laminirane strukture-pozitivni i negativni vodljivi slojevi bakra su čvrsto naslagani zajedno kroz izolacijski medij (kao što je poliimid ili epoksidna smola), formirajući provodljive petlje sa suprotnim smjerovima struje i preklapajućim prostornim pozicijama. Kada kroz njih teče visoka-visoka -struja, struja u pozitivnom i negativnom sloju bakra stvara magnetna polja jednake veličine, ali suprotnog smjera. Ova magnetna polja se međusobno poništavaju, značajno slabeći ukupnu vezu magnetskog fluksa u petlji i na taj način značajno smanjujući parazitsku induktivnost. Stvarni podaci mjerenja pokazuju da laminirana bakrena sabirnica dužine 200 mm, širine 100 mm i debljine 0,5 mm može kontrolirati svoju parazitnu induktivnost na 3-5 nH, dok parazitna induktivnost paralelne sabirnice iste veličine može doseći čak 110 nH, što je razlika od preko 20 puta. Ova karakteristika niske induktivnosti ne samo da potiskuje skokove napona, već i smanjuje komutacione gubitke, smanjuje elektromagnetne smetnje (EMI) i poboljšava ukupnu efikasnost i pouzdanost sistema.

Dizajn laminiranih sabirnica za Telekom zahtijeva pažnju na četiri osnovna elementa: Prvo, pozitivni i negativni slojevi bakra moraju biti striktno paralelni i preklapajući se kako bi se maksimizirala površina preklapanja tekućeg puta i minimizirala preostala površina petlje; drugo, debljinu izolacionog sloja treba minimizirati što je više moguće, teoretski, što je manji razmak, to je značajniji efekat poništavanja magnetnog polja; treće, širina laminirane sabirnice mora biti razumno dizajnirana, jer širi sloj bakra može poboljšati ujednačenost distribucije struje pod visoko-efektom kože i dodatno potisnuti induktivnost; četvrto, pozicije montažnih rupa moraju biti simetrično raspoređene kako bi se osiguralo da je razmak veze između energetskih uređaja (kao što su IGBT) i DC potpornih kondenzatora minimiziran, smanjujući dodatnu induktivnost petlje. Osim toga, laminirane inverterske sabirnice također imaju prednosti kao što su visoka strujna nosivost (3-5A/mm² po jedinici poprečnog-površine), visoka efikasnost disipacije topline (više-slojna tanka bakrena struktura povećava površinu rasipanje topline) i kompaktna struktura (integrirani dizajn zamjenjuje raspršene kablove u takvim novim energetskim pogonima) i široko su prisutni fotonaponski pretvarači za skladištenje energije, industrijski frekventni pretvarači i tranzitni sistemi za vuču šine.

Kvantificiranje parazitske induktivnosti zahtijeva dvostruko-testiranje impulsa, što je industrijski{1}}standardni metod testiranja. Tokom testiranja, potrebno je konstruirati polumostno kolo. Dvostruki-impulsni signal se primjenjuje kroz nisko-bočni prekidač, a mjere se napon-emitera kolektora (Vce) i strujni talasni oblici gornjeg- uređaja (kao što je IGBT). Za mjerenje je važno odabrati uključivanje{10}}prelaznog stanja (umjesto isključivanja{11}}tranzijenta), jer je trenutna promjena stabilnija pri uključivanju-, izbjegavajući smetnje od povratne struje oporavka diode slobodnog hoda. Prema formuli L=ΔVce / (di/dt), ukupna parazitska induktivnost petlje može se izračunati očitavanjem skoka napona (ΔVce) i brzine promjene struje (di/dt) u trenutku uključivanja -. U stvarnim mjerenjima, parazitska induktivnost petlje pomoću laminiranih konektora sabirnica je tipično oko 75nH, dok ona kod tradicionalnih paralelnih sabirnica prelazi 200nH, potvrđujući značajne prednosti laminirane strukture.

Prilikom odabira napajanja, potrebno je odabrati odgovarajuće rješenje na osnovu trenutne vrijednosti: Za primjene ispod 100A, mogu se koristiti konvencionalna laminirana rješenja za napajanje sabirnica sa debljinom izolacijskog sloja od 0,2-0,3mm; za aplikacije od 100-500A potrebni su deblji sloj bakra i debljina izolacionog sloja od 0,3-0,5 mm; za aplikacije od 500-1000A neophodna je višeslojna složena struktura sa debljinom izolacionog sloja od 0,5 mm; a za aplikacije iznad 1000A, potreban je prilagođeni dizajn, sa distribucijom struje i snagom kratkog spoja optimizovanom kroz simulaciju. Proces projektovanja mora se pridržavati principa minimiziranja površine strujne petlje, uz istovremeno uzimanje u obzir zahtjeva za rasipanje topline i mehaničku čvrstoću. Za visokonaponske aplikacije, otporni napon izolacije također se mora provjeriti.