Посібник із проектування ламінованих збірних шин: мінімізація паразитної індуктивності в інверторах високої-потужності

Ламіновані шини зменшують індуктивність контуру перемикання інвертора, об’єднуючи позитивні та негативні провідники в компактну шарувату структуру з контрольованою діелектричною відстанню. Для силових модулів SiC та IGBT правильно сконструйована ламінована шина може досягти паразитної індуктивності нижче 10 нГн, зменшуючи перевищення напруги під час перемикання високої-частоти.

 

Xiamen Apollo Technology виготовляє індивідуальні ламіновані шини з використанням чистої міді C1100, точного штампування, молекулярно-дифузійного зварювання та багато{1}}шарового гарячого пресування. Електричні характеристики перевіряються за допомогою інспекції ШМ, випробувань на діелектричну стійкість і документації PPAP рівня 3 для автомобільних і накопичувальних систем.

 

 

 

Сучасні тягові інвертори електромобілів і системи перетворення електроенергії ESS все частіше використовують SiC MOSFET і високошвидкісні модулі IGBT. Ці пристрої перемикаються на вищих частотах із меншим часом наростання, що робить паразитну індуктивність у структурі ланцюга постійного струму прямим фактором, що впливає на стрибки напруги та надійність напівпровідника.

 

Взаємозв'язок між паразитною індуктивністю та перерегулюванням напруги комутації наступний:

ΔV=L × di/dt

Де:

ΔV=перевищення напруги

L=блукаюча індуктивність контуру струму

di/dt=поточна швидкість перемикання

Для інвертора 800 В EV, що працює з модулями SiC:

 

Параметр	Звичайна збірна шина	Дизайн ламінованої збірної шини
Індуктивність ланки постійного струму	50-150nH	<10nH
Відстань між провідниками	5-15 мм	Шар діелектрика 0,1-1 мм
Поточний шлях	Розділіть позитивні/негативні смуги	Паралельна ламінована структура
Скасування магнітного поля	Обмежений	Оптимізовано
Перевищення напруги комутації	Вища	Зменшений

 

Ламінована структура розміщує позитивні та негативні провідники поруч. Протилежні напрямки струму створюють протилежні магнітні поля, зменшуючи зовнішній магнітний потік і знижуючи індуктивність петлі.

 

1.1 Принцип придушення магнітного поля з оптимізацією мідного шару

Конструкція ламінованої шини залежить від:

Вибір товщини міді

Розташування шарів

Товщина діелектрика

Термінальне положення

Симетрія розподілу струму

 

Типові параметри ламінованої збірної шини інвертора EV:

Мідний матеріал: електролітична міцна пекова мідь C1100

Провідність: більше або дорівнює 99% IACS

Товщина міді: 0,5 мм-5 мм

Допуск на площинність: менше або дорівнює 0,05 мм

Допуск положення терміналу: ±0,1 мм

Обробка поверхні: нікелювання/лудіння

Нерівномірна геометрія провідника створює локальну концентрацію струму, збільшуючи як опір, так і електромагнітні перешкоди.

 

 

 

Матеріал провідника безпосередньо визначає здатність-проводити струм, теплові характеристики та-тривалу надійність.

 

Для інверторів EV і ESS краща чиста мідь через її вищу електропровідність і нижчий нагрів Джоуля.

 

Власність матеріалу	C1100 Чиста мідь	C2680 Латунь
Вміст міді	Більше або дорівнює 99,90%	60-65%
провідність	Більше або дорівнює 99% IACS	26-30% IACS
Питомий опір	0,0172 Ом·мм²/м	Вища
Теплопровідність	~390 W/m·K	~120 W/m·K
Типове застосування	Силова шина, ланка постійного струму інвертора	Механічні клеми, з'єднувачі
Пропускна здатність по струму	Високий	Середній

 

Мідь С1100 обрана для:

Шини акумуляторної батареї EV

SiC інверторні вузли ланцюга постійного струму

З’єднання PCS накопичувачів енергії

Силові модулі зарядної палі

Латунь C2680 в основному використовується там, де пріоритетними є механічна міцність і ефективність формування.

 

2.1 Точне штампування та контроль формування відповідно до вимог IATF 16949

Багатострумні багатошарові шини часто потребують складної геометрії клем, зокрема:

Згинання на 90 градусів
Клемні отвори
Позиціонуючі слоти
Прес{0}}конструкції
У-точках клепки

 

Параметри виготовлення:

Допуск прогресивного штампування: ±0,01 мм
Контроль висоти задирок: менше або дорівнює 10% товщини матеріалу
Моніторинг терміну служби інструменту: більше або дорівнює 500 000 циклів штампування
Перевірка розмірів ШМ: 100% для критичних розмірів

Заклепка In-Die інтегрує механічне кріплення в процес штампування, зменшуючи різницю в складанні та покращуючи узгодженість виробництва.

 

Запит на безкоштовну оцінку та пропозицію DFM

 

 

Шар діелектрика визначає надійність ізоляції, термічну витривалість і механічну стійкість ламінованих шин.

 

Інверторна шина-високої потужності має підтримувати ізоляційні характеристики за:

Термічний цикл

Комутація високої напруги

Механічна вібрація

Вплив вологості

Поширені ізоляційні матеріали:

 

Ізоляційний матеріал	Температурний рейтинг	Діелектрична міцність	Типове застосування
Каптон поліімідна плівка	269 ​​градусів до 400 градусів	>200кВ/мм	Високотемпературні зони інвертора SiC
ПЕТ плівка	-40 градусів до 150 градусів	150-250кВ/мм	Стандартні електромодулі живлення
Папір Nomex	До 220 градусів	Висока термостійкість	СЕ та промислові енергосистеми

 

3.1 Епоксидне порошкове покриття проти плівкової ізоляції для ламінованих шин

 

Параметр	Епоксидне порошкове покриття	Плівка поліімідна/ПЕТ
Товщина покриття	100-500μm	25-125μm
Діелектрична міцність	>15кВ/мм	>150кВ/мм
Термостійкість	120-180 градусів	150-400 градусів
Контроль товщини	Середній	Високий
застосування	Складні 3D деталі	Прецизійні ламіновані конструкції

 

Для ламінованих збірних шин інвертора EV тонкоплівкова ізоляція забезпечує менший діелектричний відстань, покращуючи електромагнітні характеристики.

 

Необхідний контроль якості:

Вимірювання товщини ізоляції

Випробування на витримку високої напруги

Тест на частковий розряд

Випробування адгезії

Тест на термічне старіння

 

Типові стандарти перевірки:

Координація ізоляції IEC 60664

Клас вогнестійкості UL 94 V-0

Автомобільні екологічні випробування ISO 16750

 

 

 

Багато{0}}шарові ламіновані шини потребують контрольованого теплового з’єднання між мідними провідниками та ізоляційними матеріалами.

 

Послідовність виготовлення включає:

Порізка та штампування листової міді

Зняття задирок і очищення поверхні

Обробка покриття

Розташування ізоляційної плівки

Вакуумне гаряче пресування

Механічна обробка клем

Перевірка електрики

 

4.1 Параметри процесу гарячого пресування для автомобільного виробництва

Типові параметри виробництва:

 

Параметр процесу	Діапазон контролю
Температура преса	150-220 градусів
Тиск преса	2-8 МПа
Допуск вирівнювання шару	±0,1 мм
площинність	Менше або дорівнює 0,05 мм
Міцність склеювання	Відповідно до специфікації матеріалу
Атестація виробництва	Рівень PPAP 3

 

Поганий контроль ламінування може спричинити:

Утворення повітряних пустот

Точки часткового розряду

Пробою ізоляції

Зсув шару

Вакуумне гаряче пресування видаляє повітря, що потрапило між шарами міді та діелектрика, покращуючи-тривалу електричну надійність.

 

 

Клеми з високим -струмом потребують з’єднань із низьким{1}}опором, здатних витримувати повторювані температурні цикли.

Загальні методи з’єднання включають лазерне зварювання та резистентну пайку сріблом.

 

Спосіб зварювання	Лазерне зварювання Cu-Al	Стійкість до срібної пайки
Термічна-зона	Маленький	Більший
Міцність суглобів	Високий	Високий
Електричний опір	Низький	Дуже низький
Швидкість виробництва	Високий	Середній
Відповідні матеріали	Комбінації мідь, алюміній	Мідні клеми
Автомобільний додаток	Акумуляторні модулі, інверторні клеми	Сильнострумні контактні вузли-

 

Для мідно-алюмінієвих з’єднань:

Параметри лазерного зварювання повинні контролювати пористість

Щільність енергії променя потребує оптимізації

Потрібна перевірка-перерізу

 

Для пайки сріблом:

Вибір твердого припою впливає на провідність

Зазор стиків необхідно контролювати

Якість металургійного з’єднання вимагає мікроскопічного контролю

 

Перевірка якості включає:

Аналіз поперечного-зрізу зварного шва

Випробування міцності на розрив

Вимірювання електричного опору

Термоциклічна перевірка

 

 

 

Автомобільні ламіновані шини вимагають контрольованих виробничих процесів від перевірки прототипу до масового виробництва.

Xiamen Apollo застосовується:

 

6.1 Перевірка розмірів відповідно до вимог допуску ±0,01 мм

 

Інспекційне обладнання:

Координатно-вимірювальна машина ШМ

Оптична вимірювальна система

Товщиномір

Тестер шорсткості поверхні

 

Критичні розміри:

Розташування клемного отвору

Вирівнювання шару міді

Ізоляційний зазор

Інтерфейс кріплення

 

6.2 Випробування електрики та надійності

 

Можливість тестування включає:

 

Тестовий елемент	Стандарт / Вимога
Випробування на діелектричну стійкість	>Ізоляційна здатність 15 кВ/мм
Тест опору постійному струму	Вимірювання рівня мікро{0}}Ом
Термічний цикл	ISO 16750
Сольовий спрей	ISO 9227
Випробування тиском на розрив	Для інтегрованих систем охолодження
Документація PPAP	Рівень 3

 

У пакет якості входять:

Схема процесу

PFMEA

План контролю

MSA

дані SPC

Сертифікати матеріалів

 

 

Багато-інверторні шини високої потужності потребують одночасного контролю електричних, теплових, механічних і виробничих параметрів. Структура з низькою індуктивністю нижче 10 нГн залежить від симетрії провідника, контролю товщини діелектрика, вибору мідного матеріалу та процесів точного ламінування.

 

Для EV, ESS і фотоелектричних систем перетворення енергії Xiamen Apollo надаєвиготовлена ​​на замовлення ламінована шинавиробництво з аналізу DFM, розробки інструментів, штампування, зварювання, ламінування ізоляції, перевірки та доставки PPAP рівня 3.

 

 

1. Який типовий час доставки PPAP рівня 3 для нестандартних ламінованих шин?

Доставка рівня 3 PPAP зазвичай вимагає 4-8 тижнів після затвердження інструменту, включаючи валідацію розмірів, перевірку матеріалу та виробничу документацію.

 

2. Чи можуть виробники ламінованих шин гарантувати термін служби прес-форм для автомобільного виробництва?

так Штампи прогресивного штампування контролюються за допомогою планів профілактичного обслуговування та зазвичай розраховані на понад 500 000 циклів штампування.

 

3. Як перевіряється товщина ізоляції на ламінованих шинах?

Товщина ізоляції перевіряється за допомогою вимірювання товщини, випробування на міцність діелектрика та перевірки електричної ізоляції відповідно до стандартів IEC.