Принципи пројектовања сабирница ниске{0}}залутале-индуктивности високе{2}}наслагане густине и анализа њихове примене у електронским системима велике снаге{3}}

 

Вођена напретком у новим енергетским возилима, системима за складиштење енергије, железничком транспорту, индустријској аутоматизацији и технологијама паметних мрежа, електронска опрема велике{0}}снаге еволуира ка вишим напонима, вишим фреквенцијама и већим густинама снаге. У овом процесу, следећа -генерација-широког пропусног опсега полупроводничких уређаја-које је пример силицијум карбида (СиЦ)-постепено замењују традиционалне ИГБТ-ове засноване на силицијуму-, служећи као кључни технолошки пут за повећање ефикасности система величине опреме и смањење.

 

У поређењу са традиционалним силицијумским материјалима, СиЦ полупроводници нуде шири појас, веће критично електрично поље, мање губитке у проводљивости и супериорне перформансе при високим{0}}температурама. Ове предности омогућавају СиЦ МОСФЕТ-овима да раде на вишим фреквенцијама пребацивања, док истовремено дозвољавају смањење магнетних компоненти и структура за управљање топлотом, чиме се повећава укупна густина снаге.

 

Међутим,{0}}могућности брзог пребацивања такође уводе нове инжењерске изазове. Како се брзина пребацивања енергетских уређаја повећава, стопе промене струје (ди/дт) и напона (дв/дт) значајно расту. Под овим условима, неизбежни паразитни параметри унутар струјне петље-нарочито залутала индуктивност-остварују значајан утицај на перформансе система.

 

Током{0}}брзине пребацивања, залутала индуктивност генерише пролазне скокове напона у складу са односом:

 

В=Л × ди/дт

 

Када се струја брзо мења, чак и мала количина залутале индуктивности може да произведе прекорачење напона од десетина волти или више. Ови пролазни напони не само да повећавају напонски стрес на енергетским уређајима, већ могу и да потисну уређаје изван њихове безбедне оперативне области (СОА), чиме се угрожава поузданост система.

 

Сходно томе, у савременим{0}}системима за конверзију велике снаге, минимизирање лутајуће индуктивности петље напајања постало је критични циљ дизајна за повећање ефикасности, побољшање перформанси електромагнетних сметњи (ЕМИ) и обезбеђивање безбедног рада полупроводничких уређаја.

 

 

 

Залутала индуктивност није параметар који генерише једна, дискретна компонента; него је резултат колективне геометрије целе струјне петље. Она првенствено произилази из индуктивности самих проводника, као и од прикључних стезаљки, каблова, ПЦБ трагова, унутрашњег паковања енергетских модула и интерконективних структура сабирница.

 

У традиционалним електроенергетским системима који користе стандардне бакарне сабирнице или каблове, често постоји значајно просторно раздвајање између позитивних и негативних струјних путања, што повећава површину струјне петље. Према принципима електромагнетизма, што је већа површина петље, шири је опсег генерисаног магнетног поља и већа је одговарајућа паразитска индуктивност.

 

У енергетским{0}}електронским системима високе фреквенције, струја не тече једноставно дуж дужине проводника; уместо тога, ствара сложену дистрибуцију електромагнетног поља у околном простору. Стога, кључ за смањење лутајуће индуктивности не лежи само у повећању дебљине бакарне сабирнице, већ у оптимизацији путање струје-приближавајући позитивне и негативне петље кола што је могуће ближе и минимизирању региона у којима се складишти енергија магнетног поља.

 

Ово је примарни разлог зашто се ламиниране сабирнице велике{0}}густине тако широко користе.

 

 

Ламинирана сабирница је структура међусобног повезивања снаге-високих перформанси формирана комбиновањем више слојева проводног материјала са изолационим медијумом. Обично садржи високо проводљиве материјале-као што су бакар или алуминијум-као слојеве проводника, одвојене изолационим материјалима који нуде одличну диелектричну чврстоћу и механичку стабилност; цео склоп је спојен у јединствену структуру кроз процесе као што су вруће пресовање, лепљење или ламинација.

 

У поређењу са традиционалним једнослојним{0}}бакарним сабирницама, највећа предност ламиниране структуре је њена способност да постигне висок степен преклапања између позитивних и негативних струјних путања.

 

Када струје које теку у супротним смеровима пролазе кроз суседне проводнике, примењује се принцип поништавања електромагнетног поља: магнетна поља која стварају две струје супротстављају се једно другом, ефективно смањујући укупан магнетни флукс који производи струјна петља и на тај начин смањујући еквивалентну индуктивност система.

 

Сходно томе, ламинирана сабирница је више од само механичке компоненте за повезивање; то је критична електромагнетна структура која утиче на динамичке перформансе система енергетске електронике.

 

У инверторима велике{0}}е снаге, претварачима за складиштење енергије и индустријској опреми за напајање, дизајн ниске-индуктивности је постао кључна метрика за оптимизацију структуре сабирница. На пример, одређене-прилике за пребацивање велике брзине захтевају посебно дизајниране ламиниране сабирнице-као што су оне које се користе у претварачима променљиве фреквенције (ВФД)-како би се испунили захтеви система за брз одговор и рад са малим-губицима.

 

 

 

Како се ниво интеграције електронске опреме повећава, ламиниране сабирнице су се прошириле изван традиционалних индустријских сектора напајања у различите области{0}}примена велике снаге.

 

На пример, системи за напајање у серверима, телекомуникационој опреми и центрима података захтевају високо поуздане структуре за дистрибуцију енергије да би се губици у преносу свели на минимум. Сходно томе, ламиниране сабирнице се користе у оквиру-рачунарске опреме велике густине-као што су плоче са кола или задње плоче за суперрачунаре-како би се осигурала стабилна испорука енергије за-брзине рачунарске платформе.

 

У области телекомуникационе инфраструктуре, опрема базних станица велике{0}}не снаге такође захтева компактна, ефикасна решења за повезивање на струју; ламиниране сабирнице ефикасно испуњавају ограничења у погледу простора и потребу за непрекидним радом у дистрибуцији енергије базне станице.

 

Штавише, у великим-енергетским системима, ламиниране сабирнице се користе у модуларним енергетским архитектурама-као нпр.Сабирница јединице за дистрибуцију енергије (ПДУ).структуре{0}}како би се олакшале-везе са малим губицима између више модула напајања и побољшала укупна поузданост система.