Ламинированные шины инвертора: принцип снижения паразитной индуктивности и ключевые соображения при проектировании сильноточных систем

Основное преимущество ламинированной медной шины заключается в ее многослойной структуре «сэндвич».-Положительные и отрицательные проводящие медные слои плотно уложены вместе через изолирующую среду (например, полиимид или эпоксидную смолу), образуя проводящие петли с противоположными направлениями тока и перекрывающимися пространственными положениями. Когда протекает высоко-частотный и-ток, ток в положительном и отрицательном медных слоях создает магнитные поля равной величины, но противоположного направления. Эти магнитные поля нейтрализуют друг друга, значительно ослабляя общую магнитную потокосцепление контура и, таким образом, значительно уменьшая паразитную индуктивность. Фактические данные измерений показывают, что ламинированная медная шина длиной 200 мм, шириной 100 мм и толщиной 0,5 мм может контролировать свою паразитную индуктивность до 3–5 нГн, в то время как паразитная индуктивность параллельной шины того же размера может достигать 110 нГн, разница более чем в 20 раз. Эта характеристика с низкой индуктивностью не только подавляет скачки напряжения, но также снижает потери на переключение, снижает электромагнитные помехи (EMI) и повышает общую эффективность и надежность системы.

Конструкция ламинированных шин для телекоммуникаций требует внимания к четырем основным элементам: во-первых, положительный и отрицательный медные слои должны быть строго параллельны и перекрываться, чтобы максимизировать площадь перекрытия пути тока и минимизировать оставшуюся площадь петли; во-вторых, толщина изоляционного слоя должна быть минимизирована, теоретически, чем меньше расстояние, тем значительнее эффект подавления магнитного поля; в-третьих, ширина ламинированной шины должна быть разумно рассчитана, поскольку более широкий медный слой может улучшить равномерность распределения тока при высокочастотном скин-эффекте и дополнительно подавить индуктивность; в-четвертых, положения монтажных отверстий должны быть расположены симметрично, чтобы обеспечить минимальное расстояние соединения между силовыми устройствами (такими как IGBT) и опорными конденсаторами постоянного тока, уменьшая дополнительную индуктивность контура. Кроме того, ламинированные инверторные шины также имеют такие преимущества, как высокая допустимая токовая нагрузка (3-5А/мм² на единицу площади поперечного- сечения), высокая эффективность рассеивания тепла (много-тонкая медная структура увеличивает площадь рассеивания тепла) и компактная структура (интегрированная конструкция заменяет разбросанные кабели) и широко используются в сценариях с сильными токами, таких как инверторы транспортных средств на новых источниках энергии, преобразователи фотогальванических накопителей энергии, промышленные преобразователи частоты и железнодорожные рельсы. транзитные тяговые системы.

Для количественной оценки паразитной индуктивности требуется испытание двойным-импульсом, которое является стандартным-методом тестирования в отрасли. Во время тестирования необходимо построить полумостовую схему. Двойной-импульсный сигнал подается через переключатель нижней-стороны, и измеряются напряжение коллектора-эмиттера (Vce) и формы тока верхнего-устройства плеча (например, IGBT). Важно выбрать для измерения переходный процесс-включения (а не переходный процесс-выключения), поскольку изменение тока более стабильно при включении-включении, что позволяет избежать помех от обратного тока восстановления обратного диода. По формуле L=ΔVce / (di/dt) общая паразитная индуктивность контура может быть рассчитана путем считывания скачка напряжения (ΔVce) и скорости изменения тока (di/dt) в момент включения-. В реальных измерениях паразитная индуктивность контура с использованием соединителей ламинированных шин обычно составляет около 75 нГн, тогда как у традиционных параллельных шин превышает 200 нГн, что подтверждает значительные преимущества ламинированной структуры.

При выборе источника питания необходимо выбрать подходящее решение, исходя из номинального тока: Для приложений с током ниже 100 А можно использовать обычные силовые решения с ламинированной шиной с толщиной изоляционного слоя 0,2-0,3 мм; для применений на 100-500 А требуется более толстый медный слой и толщина изоляционного слоя 0,3-0,5 мм; для применений на 500-1000А необходима многослойная многослойная конструкция с толщиной изоляционного слоя 0,5 мм; а для приложений с током выше 1000 А требуется индивидуальная конструкция с оптимизацией распределения тока и силы короткого замыкания посредством моделирования. Процесс проектирования должен соответствовать принципу минимизации площади токовой петли, а также учитывать требования к рассеиванию тепла и механической прочности. Для применений с высоким напряжением необходимо также проверить номинальное выдерживаемое напряжение изоляции.