Ламиниране сабирнице Водич за оптимизацију лутајуће индуктивности: Како смањити скокове напона и губитке при пребацивању у СиЦ инверторима

У преласку енергетских електронских система са традиционалних силицијумских ИГБТ на уређаје од силицијум карбида (СиЦ), постепено се појавио кључни проблем: СиЦ уређаји имају изузетно велике брзине пребацивања, али залутала индуктивност у систему може озбиљно да омета перформансе. Напонски скокови и високо{1}}осцилације изазване залуталом индуктивношћу не само да угрожавају безбедност уређаја већ и значајно умањују предности перформанси СиЦ-а. Ламиниране сабирнице велике густине{3}}су основно структурно решење за решавање овог уског грла. Овај чланак ће објаснити зашто ламиниране сабирнице могу смањити индуктивност и како их одабрати у практичним применама.

И. Док су СиЦ уређаји бржи, залутала индуктивност постаје главна препрека.

СиЦ МОСФЕТ-и се пребацују при брзинама више од десет пута бржим од силицијумских уређаја, што резултира већом густином снаге и ефикасношћу. Међутим, друга страна медаље је да брже пребацивање доводи до веће брзине промене струје (ди/дт). Према формули В=Л × ди/дт, чак и залутала индуктивност од само неколико нанохенрија може да генерише напонске скокове од стотина волти широм уређаја. Ови шиљци су постављени на напон магистрале, и ако пређу границу издржљивог напона уређаја, поквариће се и изгорети.

Проблематичније је то што залутала индуктивност такође може да резонује са излазним капацитетом СиЦ уређаја, генеришући високо{0}}осцилације високе фреквенције (звоњење). Ова осцилација повећава губитке при пребацивању и узрокује загревање уређаја, а такође ствара озбиљне електромагнетне сметње, спречавајући систем да прође ЕМЦ сертификат. За безбедност, инжењери често морају да праве компромис: или бирају модуле са већим отпорним напоном (повећавају трошкове и губитке) или повећају отпор капије да би успорили брзину пребацивања (директно трошећи предност високе-фреквенције СиЦ-а). Појава трослојних ламинираних сабирница има за циљ искорењивање овог проблема на структурном нивоу.

ИИ. Зашто ламинирана сабирница у високо-конвертору смањује индуктивност?

Традиционалне сабирнице имају два одвојена проводника, са напредним и реверзним струјама удаљеним далеко. Магнетна поља која генеришу не могу се међусобно поништити, што доводи до високе лутајуће индуктивности. Основна идеја ламиниране сабирнице у претварачу велике-снаге је да се проводници унапред и уназад слажу заједно, чинећи их веома близу један другом. Смерови струја су супротни, а правци магнетног поља су такође супротни; два магнетна поља поништавају једно друго, смањујући лутајућу индуктивност на једну-десетину или чак мање од традиционалних решења.

Из перспективе класификације производа, ламиниране сабирнице нису обичне проводне сабирнице, већ пасивне енергетске компоненте са прецизно дизајнираном структуром. У зависности од броја слојева, уобичајене структуре укључују три, четири или чак пет слојева. Што је више слојева, то је струјна путања компактнија и индуктивност нижа. Као кључна компонента везе у претварачу, његова вредност индуктивности директно одређује горњу границу динамичких перформанси целог претварача.

ИИИ. Како одабрати ламиниране сабирнице за различите сценарије примјене?

Основна логика избора је: прво размотрите ниво напона, затим тренутни капацитет и на крају простор за инсталацију.

Нова енергетска возила су тренутно најбрже растућа{0}}област примене за ламиниране сабирнице. Ламиниране сабирнице за електричне аутомобиле морају да носе стотине ампера струје на веома малом простору док испуњавају захтеве за вибрације и температуру у аутомобилској{2}}класи. Обично користе више{4}}слојне композитне структуре како би уравнотежиле ниску индуктивност и високу поузданост.

Сектор железничког транзита има изузетно високе безбедносне захтеве. Ламбиниране сабирнице у подземној железници морају да испуњавају строге стандарде за заштиту од експлозије-отпорности на ватру,{2}}и отпорност на корозију-, док истовремено контролишу електромагнетне сметње у затвореном окружењу подземних тунела. Због тога се често бирају производи са заштитним дизајном, као што су инверторске сабирнице отпорне на експлозију{5}} високог напона.

За сложене топологије као што су претварачи са три-нивоа, ламбиниране сабирнице за претвараче са три-нивоа треба да интегришу више позитивних и негативних магистрала унутар једне сабирнице, што резултира већом структурном сложеношћу и строжим захтевима за међуслојну изолацију и прецизност поравнања. Ламиниране сабирнице за сложене сабирничке инсталације су дизајниране за индустријске фреквентне претвараче, системе за складиштење енергије и друге апликације и подржавају прилагођене дизајне са више{3}}огранака.