Afsløring af flere lag, bedre misforståelse i laminerede samleskinner

Med den hurtige udvikling af ny energi, kraftelektronik og industriel automation er laminerede samleskinner meget brugt i energilagringssystemer, invertere, nye energikøretøjer, strømmoduler og jernbanetransport på grund af deres lave induktans, høje integration og gode EMC-ydelse. Især i høj-, høj-effektudstyr har laminerede lav-induktive samleskinner gradvist erstattet traditionelle kabelforbindelser og er blevet en vigtig komponent i moderne strømsystemer.

 

Der er dog stadig en almindelig misforståelse i branchen: at flere lag i en lamineret samleskinne nødvendigvis betyder bedre ydeevne. I virkeligheden er et lamineret design et systematisk ingeniørprojekt, der kræver omfattende overvejelser om induktans, varmeafledning, strukturelt rum, omkostninger og anvendelsesscenarier. Der er ingen absolut konklusion om, at "flere lag er lig med mere avanceret."

 

 

 

Laminerede samleskinner er typisk sammensat af flere lag af ledende kobberskinner og isolerende medier, bundet sammen ved hjælp af en varm-presningsproces. De er typiske flerlags sammensatte strukturforbindelsesstænger. Ved at optimere afstanden og layoutet mellem de positive og negative terminaler kan strøinduktansen i kredsløbet reduceres betydeligt, hvilket forbedrer systemets driftsstabilitet. I øjeblikket spænder mainstream-specifikationer i industrien hovedsageligt fra 2 til 6 lag, med forskellige lagnumre svarende til forskellige applikationsbehov:

 

2-lagsstrukturer er typisk velegnede til udstyr med lav- til medium-effekt, hvilket giver fordele såsom modne fremstillingsprocesser, lavere omkostninger og enkel installation. De findes almindeligvis i basale strømfordelingsenhedsskinner, lavspændingsomformere og generelle industrielle strømfordelingssystemer.

 

3-lagsstrukturer er en af ​​de mest udbredte løsninger. Tre-lags laminerede samleskinner opnår bedre strømfordeling og elektromagnetisk afskærmning, hvilket giver høj omkostningseffektivitet- i medium-power udstyr. De er meget udbredt i energilagringsinvertere, UPS-systemer og nye energi-hjælpekontrolmoduler.

 

Strukturer med 4 eller flere lag bruges oftere i scenarier med høj-høj-effekt og komplekse topologi, såsom laminerede samleskinner i højeffektkonvertere, IGBT-laminerede samleskinner og stor-energilagrings-PCS-systemer. Deres kernefordele ligger i lavere omstrejfende induktans, stærkere EMC-kapaciteter og højere systemintegration.

 

 

 

I. Ændringer i elektrisk ydeevne

Med en stigning i antallet af lag kan der dannes en tættere koblingsstruktur mellem de positive og negative ledere, hvorved strøinduktansen reduceres. Dette er især vigtigt for høj-SiC-enheder og høj-skiftende IGBT-moduler.

 

Tilpassede laminerede samleskinner til IGBT'er fokuserer typisk på at optimere samleskinnens mellemlagsstruktur for at reducere spændingsspidser og EMI-interferens, der genereres under omskiftning.

 

At øge antallet af lag betyder dog ikke nødvendigvis ubegrænset ydeevneforbedring. For mange lag kan føre til øget parasitisk kapacitans mellem lag, som, hvis parametrene ikke er korrekt afstemt, kan påvirke systemets stabilitet negativt. Derfor skal induktans- og kapacitansparametre afbalanceres samtidigt, når man designer en lamineret samleskinne til en vekselretter med tre-niveauer.

 

II. Ændringer i varmeafledningskapacitet

Flerlagsstrukturer kan udvide varmeledningsvejen og varmeafledningsområdet, så flerlagssamleskinner har typisk en lavere temperaturstigning under de samme strømføringsforhold-.

 

I høje-strømsscenarier som f.eks. højspændingseksplosions-sikre invertersamleskinner kan flerlagsstrukturer effektivt reducere lokale hotspots og forbedre langsigtet-driftsstabilitet.

 

Men samtidig fører en forøgelse af antallet af lag også til en stigning i den samlede tykkelse, hvilket optager mere installationsplads. Derfor skal det interne layout i kompakte enheder overvejes grundigt.

 

III. Forbedrede systemintegrationsmuligheder

En af de største fordele ved laminerede samleskinner er deres høje grad af integration. Sammenlignet med traditionelle ledningsnet kan flerlagsstrukturer samtidig integrere flere strømsløjfer, signalsløjfer og jordingssystemer, hvilket reducerer forbindelsesnoder og forbedrer systemets pålidelighed.

 

For eksempel:

Laminerede busbarer til distribution af strøm-bagplan kan bruges i server- og industrielle strømsystemer.

Laminerede busbarer til routerbagplansdistribution er velegnede til intern strømforsyning i kommunikationsudstyr.

Laminerede busbars til cellulær basestations strømdistribution er meget udbredt i 5G-basestationer og kommunikationsstrømforsyninger.

I komplekse kabelmiljøer reducerer laminerede samleskinner til komplekse samleskinneinstallationer effektivt pladsbehovet og forenkler installationsprocessen.

 

IV. Strukturel stabilitet og anti-interferensevne

Fler-lagsstrukturer kan danne en mere komplet elektromagnetisk skærmsløjfe og derved forbedre systemets anti-interferensevne.

 

Inden for nye energikøretøjer, elektriske drivsystemer og jernbanetransport har Motor Controller-samleskinner og Subway Laminated Busbars høje EMC-ydelseskrav. Fler-symmetriske strukturer kan effektivt reducere aktuelle ubalanceproblemer og forbedre udstyrets langsigtede stabile driftsevne.

 

Til jernbanetransit og trækkraftsystemer med høj-effekt skal Composite Busbar for Train Power Supply Fire-quadrant Power Modules også modstå dynamiske påvirkninger, modstå høje temperaturer og opretholde høj isoleringsydelse.
 

 

Mens skinner med højere-lag tilbyder overlegen ydeevne, øges fremstillingskompleksiteten tilsvarende.

 

To- til tre-lagsprodukter har relativt modne processer, høje udbytterater og kontrollerbare behandlingsomkostninger.

 

Fire-lags og højere produkter stiller højere krav til kobberfolietykkelseskontrol, isoleringslamineringspræcision, varm-presningsprocesser og symmetrisk layout. Dette gælder især for specialiserede strukturer som delvist laminerede samleskinner, som kræver ekstrem høj præcision ved behandling af lokale isolerings- og ledningsområder.

 

Ydermere betyder fler-lagsstrukturer:

Øget råvareforbrug;

Mere komplekse lamineringsprocesser;

Strengere teststandarder;

Længere produktionscyklusser.

 

Derfor er højlagsløsninger ikke nødvendigvis egnede til alle projekter.

 

 

For udstyr med lille til mellemstor effekt med en effekt under 100 kW er to til tre lag normalt tilstrækkeligt. Disse scenarier omfatter grundlæggende applikationer såsom generelle energilagringssystemer, små UPS-systemer og UPS-systemskinner (Uninterruptible Power Supply).

 

For medium-til-højeffektsystemer (100kW til 500kW) er en 3-til-4-lags struktur mere velegnet til at balancere induktansydelse, varmeafledning og fremstillingsomkostninger.

 

For høj-effektsystemer, der overstiger 500 kW, højfrekvente SiC-konvertere og store energilagringssystemer, kræves der typisk en 4-til-6 lags struktur for at opfylde kravene til lavere induktans, højere EMC-kapaciteter og stærkere varmeafledning.

 

Eksempler omfatter:

Lamineret samleskinne til elbiler;

Højspændingseksplosion-Sikker inverterskinne

Stor-energilagrings-PCS-systemer;

Høj-frekvensomformere;

Nye hoveddrivsystemer til energikøretøjer.

 

I komplekse kredsløb som f.eks. multi-level-topologier kræves der ofte en 3--til-5-lagsstruktur til den laminerede samleskinne til tre-niveau invertere for at opnå symmetriske strømveje og stabil strømdelingskontrol.

 

 

 

Misforståelse 1: Flere lag betyder nødvendigvis bedre ydeevne

I virkeligheden er antallet af lag den eneste parameter, der påvirker ydeevnen.

Kobberskinnetykkelse, isoleringsmateriale, kredsløbslayout, lederafstand og bearbejdningspræcision påvirker alle direkte den endelige ydeevne.

Blindt at øge antallet af lag øger ikke kun omkostningerne, men kan også påvirke udstyrets stabilitet på grund af ændringer i parasitære parametre.

 

Misforståelse 2: Lavt-lagsprodukter er "lave-løsninger."

Faktisk er 2- til 3-lags strukturer for mange små og mellemstore enheder de mest modne, stabile og omkostningseffektive løsninger.

En vel-designet tre--lamineret samleskinne kan fuldt ud opfylde behovene i de fleste konventionelle industrielle applikationer.

 

Misforståelse 3: Produkter med det samme antal lag har samme ydeevne

Selv med det samme antal lag kan der stadig eksistere betydelige forskelle mellem forskellige designs.

For eksempel påvirker kobberfoliearrangementet, isoleringsmaterialet, varm-presningsprocessen og ledersymmetrien direkte samleskinneydelsen.

Den faktiske ydeevne af-kobbersamleskinner af høj kvalitet er ofte langt bedre end almindelige strukturprodukter.

 

 

 

Med den kontinuerlige udvikling af SiC-enheder, høj-frekvensomformerteknologi og energilagringssystemer udvikler laminerede samleskinner sig mod højere frekvenser, højere integration og større raffinement.

 

I fremtiden vil high-elektroniske felter såsom laminerede busbars til supercomputerkredsløb eller backplanes yderligere drive udviklingen af ​​samleskinner mod høj tæthed, miniaturisering og tilpasning.

 

Samtidig vil dedikerede samleskinnedesign til nye energikøretøjer, kraftelektronik og kommunikationsudstyr blive mere segmenteret, hvor industrien vil lægge større vægt på "applikationstilpasning" frem for blot at forfølge en stigning i antallet af lag.

 

 

Kerneværdien af ​​laminerede samleskinner ligger ikke i "flere lag", men i deres evne til nøjagtigt at matche udstyrskravene.

 

Et rimeligt lagdesign bør nøje overveje:

Udstyr magt;

Skifte frekvens;

EMC-krav;

Varmeafledningskapacitet;

Installationsplads;

Fremstillingsomkostninger;

Langsigtet-driftsstabilitet.

 

Kun gennem videnskabeligt design baseret på faktiske anvendelsesscenarier kan ydeevnefordelene vedLaminerede busstænger, passive elektroniske komponenter, virkelig realiseres og opnå den optimale balance mellem systemeffektivitet, pålidelighed og omkostninger.