Розвінчання більше шарів, краще оману в ламінованих збірних шинах

Зі швидким розвитком нової енергетики, силової електроніки та промислової автоматизації ламіновані збірні шини широко використовуються в системах накопичення енергії, інверторах, транспортних засобах з новою енергією, силових модулях і залізничному транспорті через їх низьку індуктивність, високу інтеграцію та хороші характеристики ЕМС. Особливо у високочастотному,-потужному обладнанні ламіновані низько-індуктивні шини поступово замінили традиційні кабельні з’єднання, ставши важливим компонентом сучасних енергосистем.

 

Однак у промисловості зберігається поширена помилкова думка: що більше шарів у ламінованій шині обов’язково означає кращу продуктивність. Насправді ламінована конструкція — це систематичний інженерний проект, який вимагає комплексного розгляду індуктивності, розсіювання тепла, структурного простору, вартості та сценаріїв застосування. Немає абсолютного висновку, що «більше рівнів означає більш просунутий».

 

 

 

Ламіновані шини зазвичай складаються з кількох шарів провідних мідних шин та ізоляційного середовища, з’єднаних за допомогою процесу гарячого-пресування. Це типові багатошарові композитні з’єднувальні стрижні. Завдяки оптимізації відстані та розташування між позитивними та негативними клемами можна значно зменшити паразитну індуктивність у ланцюзі, покращуючи стабільність роботи системи. На даний момент основні специфікації в галузі в основному варіюються від 2 до 6 шарів, з різними номерами шарів, що відповідають різним потребам застосування:

 

Дво-шарові структури зазвичай підходять для обладнання від- до середньої-потужності, пропонуючи такі переваги, як розвинені виробничі процеси, нижчі витрати та просте встановлення. Вони зазвичай зустрічаються в базових шинах блоків розподілу електроенергії, низьковольтних інверторах і загальних промислових системах розподілу електроенергії.

 

3-шарові структури є одним із найпоширеніших рішень. Три{3}}шарові ламіновані збірні шини забезпечують кращий розподіл струму та електромагнітне екранування, забезпечуючи високу-економічну ефективність в обладнанні середньої потужності. Вони широко використовуються в інверторах накопичувачів енергії, системах ДБЖ і нових допоміжних модулях управління енергією.

 

Структури з 4 або більше шарами частіше використовуються у сценаріях із високою-частотою, високою-потужністю та складною топологією, наприклад, багатошарові збірні шини в перетворювачах високої потужності, багатошарові шинні шини IGBT і великомасштабні-системи зберігання енергії PCS. Їхні основні переваги полягають у меншій індуктивності розсіювання, сильніших можливостях електромагнітної сумісності та вищій системній інтеграції.

 

 

 

I. Зміни в електричних характеристиках

Зі збільшенням кількості шарів між позитивним і негативним провідниками можна сформувати тіснішу структуру зв’язку, тим самим зменшуючи паразитну індуктивність. Це особливо важливо для високочастотних пристроїв із SiC і високошвидкісних модулів IGBT з перемиканням-.

 

Індивідуальні ламіновані шини для IGBT зазвичай зосереджені на оптимізації міжшарової структури шини для зменшення стрибків напруги та електромагнітних перешкод, що виникають під час комутації.

 

Однак збільшення кількості шарів не обов’язково означає безмежне підвищення продуктивності. Занадто багато шарів може призвести до збільшення міжшарової паразитної ємності, яка, якщо параметри не підібрані належним чином, може негативно вплинути на стабільність системи. Таким чином, при проектуванні ламінованої збірної шини для три-інвертора індуктивність і ємність повинні бути збалансовані одночасно.

 

II. Зміни тепловідвідної здатності

Багатошарові конструкції можуть розширити шлях теплопровідності та площу розсіювання тепла, тому багатошарові збірні шини зазвичай мають нижче підвищення температури за тих самих-умов струму.

 

У сценаріях із високим-струмом, як-от вибухозахищені-інверторні шини високої напруги, багатошарові структури можуть ефективно зменшити локальні гарячі точки та підвищити-тривалу стабільність роботи.

 

Однак у той же час збільшення кількості шарів також призводить до збільшення загальної товщини, займаючи більше місця для установки. Тому в компактних пристроях внутрішню компонування необхідно враховувати комплексно.

 

III. Покращені можливості системної інтеграції

Однією з найбільших переваг ламінованих збірних шин є їх високий ступінь інтеграції. Порівняно з традиційними джгутами проводів, багато{1}}шарові структури можуть одночасно інтегрувати кілька контурів живлення, сигнальних контурів і систем заземлення, зменшуючи вузли з’єднання та підвищуючи надійність системи.

 

Наприклад:

Ламіновані шини для розподільних панелей живлення можна використовувати в серверних і промислових системах живлення.

Ламіновані шини для розподілу задньої панелі маршрутизатора підходять для внутрішнього джерела живлення в комунікаційному обладнанні.

Ламіновані шини для розподілу живлення базових станцій стільникового зв’язку широко використовуються в базових станціях 5G і блоках живлення зв’язку.

У складних кабельних середовищах ламіновані шини для складних установок шин ефективно зменшують потреби в просторі та спрощують процес встановлення.

 

IV. Структурна стабільність і стійкість до-перешкод

Багатошарові-структури можуть утворювати повніший контур електромагнітного екранування, тим самим покращуючи здатність системи проти-перешкод.

 

У сферах транспортних засобів з новою енергією, систем електричного приводу та залізничного транспорту збірні шини контролерів двигунів і ламіновані шини метрополітену пред’являють високі вимоги до ЕМС. Багато-шарові симетричні структури можуть ефективно зменшити проблеми поточного дисбалансу та покращити -тривалу стабільну роботу обладнання.

 

Для залізничного транспорту та високо{0}}потужних тягових систем композитна збірна шина для чотирьох-квадрантних силових модулів електропостачання поїздів також має витримувати динамічні удари, витримувати високі температури та підтримувати високі характеристики ізоляції.
 

 

Хоча шини вищого{0}}рівня забезпечують чудову продуктивність, складність виготовлення відповідно зростає.

 

Дво{0}}-три-продукти мають відносно зрілі процеси, високі показники врожайності та контрольовані витрати на обробку.

 

Чотири{0}}шарові та вище продукти висувають вищі вимоги до контролю товщини мідної фольги, точності ламінування ізоляції, процесів гарячого-пресування та симетричного розташування. Це особливо вірно для спеціалізованих конструкцій, таких як частково ламіновані шини, які вимагають надзвичайно високої точності в обробці місцевої ізоляції та провідних ділянок.

 

Крім того, багато{0}}шарові структури означають:

Підвищена витрата сировини;

Більш складні процеси ламінування;

Суворіші стандарти тестування;

Більш тривалі цикли виробництва.

 

Тому високо{0}}рішення не обов’язково підходять для всіх проектів.

 

 

Для обладнання малої та середньої потужності з вихідною потужністю менше 100 кВт зазвичай достатньо двох-трьох шарів. Ці сценарії включають базові програми, такі як загальні системи накопичення енергії, невеликі системи ДБЖ і системні шини джерела безперебійного живлення (ДБЖ).

 

Для систем середньої-–-великої потужності (від 100 кВт до 500 кВт) 3–4-шарова структура більше підходить для балансування показників індуктивності, розсіювання тепла та витрат на виробництво.

 

Для систем високої-потужності понад 500 кВт, високочастотних перетворювачів із кремнієвого карбіду та великих систем накопичення енергії зазвичай потрібна структура з 4–6 шарів, щоб відповідати вимогам щодо меншої індуктивності, вищих можливостей електромагнітної сумісності та більшого розсіювання тепла.

 

Приклади:

Ламінована шина для електрокарів;

Вибухозахищена інверторна шина високої напруги-

Великомасштабні{0}}системи зберігання енергії PCS;

Перетворювачі частоти-високої напруги;

Нові енергетичні системи головного приводу автомобіля.

 

У складних схемах, таких як багато{0}}рівневі топології, часто потрібна структура від 3- до 5 шарів для багатошарової шини для трирівневих інверторів для досягнення симетричних шляхів струму та стабільного керування розподілом струму.

 

 

 

Помилка 1: більше шарів означає кращу продуктивність

Насправді кількість шарів є єдиним параметром, що впливає на продуктивність.

Товщина мідної шини, ізоляційний матеріал, схема схеми, відстань між провідниками та точність обробки безпосередньо впливають на кінцеву продуктивність.

Сліпе збільшення кількості шарів не тільки збільшує витрати, але також може вплинути на стабільність обладнання через зміни паразитних параметрів.

 

Помилка 2: продукти низького-рівня — це "низькі-рішення".

Фактично, для багатьох пристроїв малої та середньої потужності 2--3-шарові структури є найбільш зрілими, стабільними та економічно ефективними рішеннями.

Добре-продумана три-шарова ламінована шина може повністю задовольнити потреби більшості звичайних промислових застосувань.

 

Помилка 3: продукти з однаковою кількістю шарів мають однакову ефективність

Навіть з однаковою кількістю шарів між різними конструкціями можуть існувати значні відмінності.

Наприклад, розташування мідної фольги, ізоляційний матеріал, процес гарячого-пресування та симетрія провідника безпосередньо впливають на продуктивність шин.

Фактична продуктивність високо{0}}якісних мідних шин часто набагато краща, ніж у звичайних структурних виробів.

 

 

 

З безперервним розвитком пристроїв із SiC, високо{0}}технології інверторів високої частоти та систем накопичення енергії ламіновані шини розвиваються в напрямку вищих частот, вищої інтеграції та більшої витонченості.

 

У майбутньому електронні-галузі високого класу, такі як ламіновані шини для друкованих плат суперкомп’ютерів або об’єднувальні плати, сприятимуть розвитку шин у напрямку високої щільності, мініатюризації та персоналізації.

 

У той же час, спеціалізовані конструкції шин для нових енергетичних транспортних засобів, силової електроніки та комунікаційного обладнання стануть більш сегментованими, при цьому галузь приділятиме більший акцент на «адаптації додатків», а не просто на збільшенні кількості рівнів.

 

 

Основна цінність ламінованих шин полягає не в «більшій кількості шарів», а в їх здатності точно відповідати вимогам обладнання.

 

Розумний дизайн шару повинен комплексно враховувати:

Потужність обладнання;

Частота перемикання;

вимоги ЕМС;

Тепловідвідна здатність;

Місце установки;

Вартість виготовлення;

Тривала -стабільність роботи.

 

Лише завдяки науковому дизайну, заснованому на реальних сценаріях застосування, можна досягти переваг у продуктивностіЛаміновані шини, пасивні електронні компоненти, бути дійсно реалізованими, досягаючи оптимального балансу між системною ефективністю, надійністю та вартістю.