Gelamineerde inverterrails: principe van parasitaire inductiereductie en belangrijke overwegingen voor ontwerp met hoge stroomsterkte

Het belangrijkste voordeel van de gelamineerde koperen staaf komt voort uit de gelamineerde "sandwich"-structuur.-positieve en negatief geleidende koperlagen zijn stevig op elkaar gestapeld door een isolerend medium (zoals polyimide of epoxyhars), waardoor geleidende lussen worden gevormd met tegengestelde stroomrichtingen en overlappende ruimtelijke posities. Wanneer er een hoog-hoge- stroom doorheen vloeit, genereert de stroom in de positieve en negatieve koperlagen magnetische velden van gelijke grootte maar tegengestelde richting. Deze magnetische velden heffen elkaar op, waardoor de totale magnetische fluxkoppeling van de lus aanzienlijk wordt verzwakt en dus de parasitaire inductie aanzienlijk wordt verminderd. Uit werkelijke meetgegevens blijkt dat een 200 mm lange, 100 mm brede en 0,5 mm dikke gelamineerde koperen busbar zijn parasitaire inductie kan regelen tot 3-5 nH, terwijl de parasitaire inductie van een parallelle busbar van dezelfde grootte wel 110 nH kan bereiken, een verschil van meer dan 20 keer. Deze lage inductiekarakteristiek onderdrukt niet alleen spanningspieken, maar vermindert ook schakelverliezen, verlaagt elektromagnetische interferentie (EMI) en verbetert de algehele systeemefficiëntie en betrouwbaarheid.

Het ontwerp van gelamineerde busbars voor telecom vereist aandacht voor vier kernelementen: ten eerste moeten de positieve en negatieve koperlagen strikt parallel en overlappend zijn om het overlapgebied van het stroompad te maximaliseren en het resterende lusgebied te minimaliseren; ten tweede moet de dikte van de isolatielaag zoveel mogelijk worden geminimaliseerd; theoretisch geldt: hoe kleiner de afstand, hoe groter het magnetische veldannuleringseffect; ten derde moet de breedte van de gelamineerde verzamelrail redelijk worden ontworpen, omdat een bredere koperlaag de uniformiteit van de stroomverdeling onder het hoogfrequente skin-effect kan verbeteren en de inductie verder kan onderdrukken; ten vierde moeten de posities van de montagegaten symmetrisch zijn gerangschikt om ervoor te zorgen dat de verbindingsafstand tussen voedingsapparaten (zoals IGBT's) en DC-ondersteuningscondensatoren tot een minimum wordt beperkt, waardoor extra lusinductie wordt verminderd. Bovendien hebben gelamineerde inverterrails ook voordelen zoals een hoge stroomdraagcapaciteit (3-5A/mm² per eenheid dwars-doorsnedeoppervlak), hoge warmtedissipatie-efficiëntie (meer-laagse dunne koperen structuur vergroot het warmtedissipatiegebied) en compacte structuur (geïntegreerd ontwerp vervangt verspreide kabels), en worden veel gebruikt in scenario's met hoge stroomsterkte, zoals omvormers voor nieuwe energievoertuigen, omvormers voor fotovoltaïsche energieopslag, industriële frequentieomvormers en spoorvervoer tractiesystemen.

Voor het kwantificeren van parasitaire inductie is een dubbele-pulstest vereist, wat een industriestandaard-testmethode is. Tijdens het testen moet een half-brugcircuit worden gebouwd. Er wordt een dubbel-pulssignaal toegepast via de lage- zijschakelaar, en de collector-emitterspanning (Vce) en stroomgolfvormen van het apparaat- aan de bovenarm (zoals een IGBT) worden gemeten. Het is belangrijk om de inschakeltransiënt (in plaats van de uitschakeltransiënt) te selecteren voor meting, omdat de stroomverandering stabieler is bij het inschakelen, waardoor interferentie door de tegengestelde herstelstroom van de vrijloopdiode wordt vermeden. Volgens de formule L=ΔVce / (di/dt) kan de totale parasitaire inductantie van de lus worden berekend door de spanningspiek (ΔVce) en de stroomveranderingssnelheid (di/dt) te lezen op het moment dat de lus- wordt ingeschakeld. Bij daadwerkelijke metingen bedraagt ​​de parasitaire inductantie van de lus met behulp van gelamineerde railconnectoren doorgaans ongeveer 75 nH, terwijl die van traditionele parallelle rails groter is dan 200 nH, wat de aanzienlijke voordelen van de gelamineerde structuur bevestigt.

Bij het selecteren van een voeding moet de juiste oplossing worden gekozen op basis van de stroomsterkte: voor toepassingen onder 100A kunnen conventionele gelamineerde busbar-stroomoplossingen met een isolatielaagdikte van 0,2-0,3 mm worden gebruikt; voor 100-500A-toepassingen zijn een dikkere koperlaag en een isolatielaagdikte van 0,3-0,5 mm vereist; voor 500-1000A-toepassingen is een meerlaagse gestapelde structuur met een isolatielaagdikte van 0,5 mm noodzakelijk; en voor toepassingen boven 1000A is een ontwerp op maat vereist, waarbij de stroomverdeling en kortsluitsterkte worden geoptimaliseerd door middel van simulatie. Het ontwerpproces moet zich houden aan het principe van het minimaliseren van het huidige lusoppervlak, terwijl ook rekening wordt gehouden met de vereisten voor warmteafvoer en mechanische sterkte. Voor hoogspanningstoepassingen moet ook de weerstandsspanning van de isolatie worden geverifieerd.