Razkrivanje več plasti, boljša napačna predstava v laminiranih zbiralkah

S hitrim razvojem nove energije, močnostne elektronike in industrijske avtomatizacije se laminirane zbiralke pogosto uporabljajo v sistemih za shranjevanje energije, pretvornikih, novih energetskih vozilih, napajalnih modulih in železniškem transportu zaradi svoje nizke induktivnosti, visoke integracije in dobre učinkovitosti EMC. Laminirane nizko{3}}induktivne zbiralke so postopoma nadomestile tradicionalne kabelske povezave in postale pomemben sestavni del sodobnih elektroenergetskih sistemov, zlasti pri visoko{1}}frekvenčni,-zmogljivi opremi.

 

Vendar pa v industriji še vedno obstaja pogosta napačna predstava: da več plasti v laminirani zbiralki nujno pomeni boljše delovanje. V resnici je laminirana zasnova sistematičen inženirski projekt, ki zahteva celovito preučitev induktivnosti, odvajanja toplote, strukturnega prostora, stroškov in scenarijev uporabe. Ni absolutnega sklepa, da je "več plasti enako naprednejše."

 

 

 

Laminirane zbiralke so običajno sestavljene iz več plasti prevodnih bakrenih zbiralk in izolacijskih medijev, povezanih s postopkom vročega-stiskanja. So tipične povezovalne palice iz več-plastnih kompozitnih struktur. Z optimiziranjem razdalje in razporeditve med pozitivnimi in negativnimi priključki se lahko znatno zmanjša blodeča induktivnost v tokokrogu, kar izboljša stabilnost delovanja sistema. Trenutno glavne specifikacije v industriji večinoma obsegajo od 2 do 6 plasti, z različnimi številkami plasti, ki ustrezajo različnim potrebam aplikacij:

 

2-slojne strukture so običajno primerne za opremo z nizko- do srednje-močjo, saj ponujajo prednosti, kot so zreli proizvodni procesi, nižji stroški in enostavna namestitev. Običajno jih najdemo v osnovnih zbiralkah za distribucijo električne energije, nizkonapetostnih pretvornikih in splošnih industrijskih sistemih za distribucijo električne energije.

 

3-slojne strukture so ena najbolj razširjenih rešitev. Tri{3}}slojne laminirane zbiralke dosegajo boljšo porazdelitev toka in elektromagnetno zaščito, kar zagotavlja visoko stroškovno-učinkovitost pri opremi srednje moči. Pogosto se uporabljajo v pretvornikih za shranjevanje energije, UPS sistemih in novih pomožnih krmilnih modulih za energijo.

 

Strukture s 4 ali več plastmi se pogosteje uporabljajo v scenarijih visoke-frekvenčnosti, visoke-moči in kompleksne topologije, kot so laminirane zbiralke v visokozmogljivih pretvornikih, laminirane zbiralke IGBT in veliki-sistemi PCS za shranjevanje energije. Njihove glavne prednosti so manjša razpršena induktivnost, močnejše zmogljivosti EMC in večja sistemska integracija.

 

 

 

I. Spremembe električnega delovanja

S povečanjem števila plasti se lahko oblikuje tesnejša povezovalna struktura med pozitivnimi in negativnimi vodniki, s čimer se zmanjša blodeča induktivnost. To je še posebej pomembno za visoko{1}}frekvenčne naprave iz SiC-ja in visoko{2}}hitrostne preklopne IGBT module.

 

Prilagojene laminirane zbiralke za IGBT-je se običajno osredotočajo na optimizacijo vmesne strukture zbiralke za zmanjšanje napetostnih konic in EMI motenj, ki nastanejo med preklapljanjem.

 

Vendar povečanje števila slojev ne pomeni nujno neomejenega izboljšanja zmogljivosti. Preveč plasti lahko privede do povečane vmesne parazitske kapacitivnosti, kar lahko, če parametri niso pravilno usklajeni, negativno vpliva na stabilnost sistema. Zato je treba pri načrtovanju laminirane zbiralke za tri-pretvornik parametre induktivnosti in kapacitivnosti uravnotežiti hkrati.

 

II. Spremembe v zmogljivosti odvajanja toplote

Večslojne strukture lahko razširijo pot toplotnega prevoda in območje odvajanja toplote, zato imajo večplastne zbiralke običajno nižji dvig temperature pri enakih-pogojih za prenos toka.

 

V scenarijih z visokim-tokom, kot so visokonapetostne{1}}eksplozijsko odporne inverterske zbiralke, lahko večplastne strukture učinkovito zmanjšajo lokalne vroče točke in izboljšajo-dolgoročno stabilnost delovanja.

 

Hkrati pa povečanje števila slojev vodi tudi do povečanja skupne debeline, kar zavzame več prostora za namestitev. Zato je treba pri kompaktnih napravah celovito upoštevati notranjo postavitev.

 

III. Izboljšane zmogljivosti sistemske integracije

Ena največjih prednosti laminiranih vodil je njihova visoka stopnja integracije. V primerjavi s tradicionalnimi kabelskimi snopi lahko več-plastne strukture hkrati integrirajo več napajalnih zank, signalnih zank in ozemljitvenih sistemov, s čimer zmanjšajo število povezovalnih vozlišč in izboljšajo zanesljivost sistema.

 

Na primer:

Laminirane vodilne palice za distribucijo napajalnih hrbtnih plošč se lahko uporabljajo v strežniških in industrijskih napajalnih sistemih.

Laminirane vodilne palice za distribucijo hrbtne plošče usmerjevalnika so primerne za notranje napajanje v komunikacijski opremi.

Laminirane vodilne palice za distribucijo energije celične bazne postaje se pogosto uporabljajo v baznih postajah 5G in komunikacijskih napajalnikih.

V kompleksnih okoljih kablov Laminated Busbars for Complex Busbar Installations učinkovito zmanjša prostorske zahteve in poenostavi postopek namestitve.

 

IV. Strukturna stabilnost in zmožnost proti-motenju

Več{0}}plastne strukture lahko tvorijo popolnejšo elektromagnetno zaščitno zanko in s tem izboljšajo zmožnost sistema za-proti motnjam.

 

Na področju novih energetskih vozil, električnih pogonskih sistemov in železniškega transporta imajo zbiralke motornih krmilnikov in laminirane zbiralke podzemne železnice visoke zahteve glede učinkovitosti EMC. Več-slojne simetrične strukture lahko učinkovito zmanjšajo trenutne težave z neravnovesjem in izboljšajo-dolgoročno stabilno delovanje opreme.

 

Za železniški tranzit in visoko{0}}zmogljive vlečne sisteme mora kompozitna zbiralka za štiri{1}}kvadrantne napajalne module prenesti tudi dinamične udarce, visoke temperature in vzdrževati visoko izolacijsko učinkovitost.
 

 

Medtem ko zbiralke višje{0}}plasti ponujajo vrhunsko zmogljivost, se temu primerno poveča kompleksnost izdelave.

 

Dvo{0}} do tri-slojni izdelki imajo relativno zrele postopke, visoke stopnje izkoristka in nadzorovane stroške obdelave.

 

Šti-slojni in višji izdelki postavljajo višje zahteve glede nadzora debeline bakrene folije, natančnosti laminacije izolacije, vročih{1}}postopkov stiskanja in simetrične postavitve. To še posebej velja za specializirane strukture, kot so delno laminirane zbiralke, ki zahtevajo izjemno visoko natančnost pri obdelavi lokalne izolacije in prevodnih območij.

 

Poleg tega več{0}}plastne strukture pomenijo:

Povečana poraba surovin;

Bolj zapleteni postopki laminiranja;

Strožji standardi testiranja;

Daljši proizvodni cikli.

 

Zato visoko{0}}rešitve niso nujno primerne za vse projekte.

 

 

Za opremo majhne do srednje moči z izhodno močjo pod 100 kW običajno zadostujejo dve do tri plasti. Ti scenariji vključujejo osnovne aplikacije, kot so splošni sistemi za shranjevanje energije, majhni sistemi UPS in zbiralke sistemov brezprekinitvenega napajanja (UPS).

 

Za sisteme srednje{0}}do-visoke moči (100kW do 500kW) je 3- do 4-plastna struktura primernejša za uravnoteženje zmogljivosti induktivnosti, odvajanja toplote in stroškov izdelave.

 

Za sisteme z veliko- močjo, ki presegajo 500 kW, visoko{2}}frekvenčne pretvornike SiC in velike sisteme za shranjevanje energije je običajno potrebna 4- do 6-plastna struktura za izpolnjevanje zahtev za nižjo induktivnost, večjo zmogljivost EMC in močnejše odvajanje toplote.

 

Primeri vključujejo:

Laminirana zbiralka za električne avtomobile;

Visokonapetostna inverterska-odporna zbiralka

Veliki{0}}sistemi PCS za shranjevanje energije;

Visoko{0}}napetostni frekvenčni pretvorniki;

Novi glavni pogonski sistemi energetskih vozil.

 

V zapletenih vezjih, kot so več-nivojske topologije, je za laminirano zbiralko za trinivojske pretvornike pogosto potrebna struktura od 3- do 5 plasti, da se dosežejo simetrične tokovne poti in stabilen nadzor delitve toka.

 

 

 

Zmota 1: Več plasti nujno pomeni boljšo zmogljivost

V resnici je število plasti edini parameter, ki vpliva na zmogljivost.

Debelina bakrene zbiralke, izolacijski material, postavitev vezja, razmik vodnikov in natančnost obdelave neposredno vplivajo na končno zmogljivost.

Slepo povečevanje števila plasti ne le poveča stroške, ampak lahko vpliva tudi na stabilnost opreme zaradi sprememb parazitskih parametrov.

 

2. napačno prepričanje: Izdelki nizke-plasti so »ni-rešitve.«

Pravzaprav so za številne naprave z majhno in srednje močjo 2- do 3-slojne strukture najbolj zrele, stabilne in stroškovno učinkovite rešitve.

Dobro-zasnovana tri-slojna laminirana zbiralka lahko popolnoma zadovolji potrebe večine običajnih industrijskih aplikacij.

 

Zmota 3: Izdelki z enakim številom plasti imajo enako učinkovitost

Tudi z enakim številom plasti lahko še vedno obstajajo pomembne razlike med različnimi dizajni.

Na primer, razporeditev bakrene folije, izolacijski material, postopek vročega-stiskanja in simetrija prevodnika neposredno vplivajo na zmogljivost zbiralke.

Dejansko delovanje visoko{0}}kakovostnih bakrenih zbiralk je pogosto veliko boljše od običajnih strukturnih izdelkov.

 

 

 

Z nenehnim razvojem naprav iz SiC, tehnologije visoko-frekvenčnih pretvornikov in sistemov za shranjevanje energije se laminirane zbiralke razvijajo proti višjim frekvencam, večji integraciji in večji prefinjenosti.

 

V prihodnosti bodo visoko{0}}elektronska področja, kot so laminirane vodilne palice za vezja ali hrbtne plošče superračunalnikov, še naprej spodbujale razvoj zbiralk v smeri visoke gostote, miniaturizacije in prilagajanja.

 

Istočasno bodo namenske zasnove zbiralk za nova energetska vozila, močnostno elektroniko in komunikacijsko opremo postale bolj segmentirane, pri čemer bo industrija dala večji poudarek na "prilagoditvi aplikacij", namesto da bi preprosto sledila povečanju števila plasti.

 

 

Glavna vrednost laminiranih vodil ni v "več plasteh", ampak v njihovi zmožnosti, da natančno ustrezajo zahtevam opreme.

 

Razumna zasnova plasti mora celovito upoštevati:

Moč opreme;

Preklopna frekvenca;

EMC zahteve;

Zmogljivost odvajanja toplote;

Prostor za namestitev;

Stroški izdelave;

Dolgoročna stabilnost delovanja-.

 

Samo z znanstvenim načrtovanjem, ki temelji na dejanskih scenarijih uporabe, lahko dosežete prednosti delovanjaLaminirane avtobusne palice, pasivne elektronske komponente, resnično uresničiti in doseči optimalno ravnovesje med učinkovitostjo sistema, zanesljivostjo in ceno.