Laminerede samleskinner Stray Inductance Optimization Guide: Hvordan man reducerer spændingsspidser og koblingstab i SiC-invertere

I overgangen af ​​kraftelektroniske systemer fra traditionelle silicium-IGBT'er til siliciumcarbid-enheder (SiC) er der gradvist dukket et nøgleproblem op: SiC-enheder har ekstremt hurtige koblingshastigheder, men uoverskuelig induktans i systemet kan alvorligt hæmme ydeevnen. Spændingsspidser og højfrekvente oscillationer forårsaget af strøinduktans truer ikke kun enhedens sikkerhed, men formindsker også ydeevnefordelene ved SiC betydeligt. Laminerede skinner med høj-densitet er den centrale strukturelle løsning til at løse denne flaskehals. Denne artikel vil forklare, hvorfor laminerede samleskinner kan reducere induktansen, og hvordan man vælger dem i praktiske applikationer.

I. Mens SiC-enheder er hurtigere, bliver herreløs induktans en stor hindring.

SiC MOSFET'er skifter med hastigheder mere end ti gange hurtigere end siliciumenheder, hvilket resulterer i højere effekttæthed og effektivitet. Men den anden side af medaljen er, at hurtigere skift fører til en højere hastighed for ændring af strøm (di/dt). I henhold til formlen V=L × di/dt kan selv en afvigende induktans på kun nogle få nanohenries generere spændingsspidser på hundredvis af volt over enheden. Disse spidser overlejres på busspændingen, og hvis de overskrider enhedens grænse for modstå spænding, vil de bryde sammen og brænde ud.

Mere problematisk er, at omstrejfende induktans også kan resonere med udgangskapaciteten for SiC-enheder, hvilket genererer højfrekvente svingninger (ringning). Denne oscillation øger koblingstab og får enheden til at varme op og genererer også alvorlig elektromagnetisk interferens, hvilket forhindrer systemet i at bestå EMC-certificeringen. Af sikkerhedsmæssige årsager må ingeniører ofte gå på kompromis: enten vælge moduler med højere modstandsspænding (øgende omkostninger og tab) eller øge gatemodstanden for at sænke omskiftningshastigheden (direkte spild af højfrekvensfordelen ved SiC). Fremkomsten af ​​tre-lags laminerede samleskinner har til formål at udrydde dette problem på det strukturelle niveau.

II. Hvorfor reducerer en lamineret samleskinne i en høj-effektkonverter induktansen?

Traditionelle samleskinner har to separate ledere, med fremadgående og tilbagegående strømme langt fra hinanden. De magnetiske felter, de genererer, kan ikke udligne hinanden, hvilket resulterer i høj strøinduktans. Kerneideen med en lamineret samleskinne i en høj-omformer er at stable de fremadgående og omvendte ledere sammen, så de løber meget tæt sammen. Strømretningerne er modsatte, og magnetfeltretningerne er også modsatte; de to magnetfelter ophæver hinanden, hvilket reducerer strøinduktansen til en-tiendedel eller endnu mindre af traditionelle løsninger.

Fra et produktklassificeringsperspektiv er laminerede samleskinner ikke almindelige ledende samleskinner, men derimod passive strømkomponenter med en præcist designet struktur. Afhængigt af antallet af lag omfatter almindelige strukturer tre, fire eller endda fem lag. Jo flere lag, jo mere kompakt er strømvejen og jo lavere induktans. Som en nøgleforbindelseskomponent i inverteren bestemmer dens induktansværdi direkte den øvre grænse for hele inverterens dynamiske ydeevne.

III. Hvordan vælger man laminerede busbarer til forskellige applikationsscenarier?

Kernelogikken for valg er: Overvej først spændingsniveauet, derefter den aktuelle kapacitet og til sidst installationspladsen.

Nye energikøretøjer er i øjeblikket det hurtigst voksende-anvendelsesområde for laminerede samleskinner. Laminerede samleskinner til elbiler skal bære hundredvis af ampere strøm inden for et meget lille rum, mens de opfylder vibrations- og temperaturkravene til bilindustriens-kvalitet. De anvender typisk flerlags sammensatte strukturer for at balancere lav induktans og høj pålidelighed.

Jernbanetransitsektoren har ekstremt høje sikkerhedskrav. Subway laminerede busbarer skal opfylde strenge standarder for eksplosions--sikker, brand-- og korrosions--sikker beskyttelse, mens de kontrollerer elektromagnetisk interferens i underjordiske tunnelers lukkede miljø. Derfor vælges ofte produkter med beskyttende design, såsom højspændingseksplosions-sikre invertersamleskinner.

For komplekse topologier såsom vekselrettere med tre-niveauer skal laminerede samleskinner til invertere med tre-niveauer integrere flere positive og negative busser i en enkelt samleskinne, hvilket resulterer i højere strukturel kompleksitet og strengere krav til mellemlagsisolering og justeringsnøjagtighed. Laminerede samleskinner til komplekse samleskinneinstallationer er designet til industrielle frekvensomformere, energilagringssystemer og andre applikationer og understøtter tilpassede multi-grendesigns.