Daugiau sluoksnių demaskavimas, geresnis klaidingas supratimas laminuotose šynose

Sparčiai tobulėjant naujai energetikai, galios elektronikai ir pramoninei automatizacijai, laminuotos šynos plačiai naudojamos energijos kaupimo sistemose, inverteriuose, naujose energijos transporto priemonėse, galios moduliuose ir geležinkelių transporte dėl mažos induktyvumo, didelės integracijos ir gero EMS veikimo. Ypač aukšto-dažnio{2}}galios įrangoje laminuotos žemos-induktyviosios šynos palaipsniui pakeitė tradicines kabelių jungtis, tapdamos svarbia šiuolaikinių maitinimo sistemų sudedamąja dalimi.

 

Tačiau pramonėje vis dar paplitusi klaidinga nuomonė: daugiau sluoksnių laminuotoje šynoje būtinai reiškia geresnį veikimą. Tiesą sakant, laminuotas dizainas yra sistemingas inžinerinis projektas, kuriam reikia visapusiškai atsižvelgti į induktyvumą, šilumos išsklaidymą, konstrukcinę erdvę, kainą ir taikymo scenarijus. Nėra absoliučios išvados, kad „daugiau sluoksnių yra labiau pažengę“.

 

 

 

Laminuotos šynos paprastai yra sudarytos iš kelių sluoksnių laidžių varinių šynų ir izoliacinės terpės, sujungtos karšto -presavimo būdu. Tai yra tipiškos daugiasluoksnės sudėtinės struktūros jungčių juostos. Optimizavus atstumą ir išdėstymą tarp teigiamų ir neigiamų gnybtų, galima žymiai sumažinti induktyvumą grandinėje, pagerinant sistemos veikimo stabilumą. Šiuo metu pagrindinės pramonės specifikacijos dažniausiai svyruoja nuo 2 iki 6 sluoksnių su skirtingais sluoksnių numeriais, atitinkančiais skirtingus taikymo poreikius:

 

2-sluoksnių struktūros paprastai tinka mažos- ir vidutinės-galios įrangai, nes jos pasižymi tokiais pranašumais kaip brandūs gamybos procesai, mažesnės sąnaudos ir paprastas montavimas. Jie dažniausiai randami pagrindinėse maitinimo paskirstymo įrenginio šynose, žemos įtampos keitikliuose ir bendrose pramoninėse elektros energijos paskirstymo sistemose.

 

3-sluoksnių struktūros yra vienas iš plačiausiai naudojamų sprendimų. Trijų-sluoksnių laminuotos šynos užtikrina geresnį srovės paskirstymą ir elektromagnetinį ekranavimą, todėl vidutinės galios įrangoje yra ekonomiškas-efektyvumas. Jie plačiai naudojami energijos kaupimo keitikliuose, UPS sistemose ir naujuose pagalbiniuose energijos valdymo moduliuose.

 

Struktūros, turinčios 4 ar daugiau sluoksnių, dažniau naudojamos aukšto-dažnio, didelės-galios ir sudėtingų topologijos scenarijuose, pvz., laminuotos šynos didelės galios keitikliuose, IGBT laminuotos šynos ir didelės-mastos energijos kaupimo PCS sistemos. Pagrindiniai jų pranašumai yra mažesnis kintamasis induktyvumas, stipresnės EMC galimybės ir didesnė sistemos integracija.

 

 

 

I. Elektros charakteristikų pokyčiai

Didėjant sluoksnių skaičiui, tarp teigiamų ir neigiamų laidininkų gali susidaryti tvirtesnė jungties struktūra, taip sumažinant klaidinamąjį induktyvumą. Tai ypač svarbu aukšto -dažnio SiC įrenginiams ir didelio-greičio IGBT moduliams.

 

Individualizuotos laminuotos šynos, skirtos IGBT, paprastai orientuojasi į šynų tarpsluoksnės struktūros optimizavimą, kad būtų sumažinti įtampos šuoliai ir EMI trikdžiai, atsirandantys perjungimo metu.

 

Tačiau sluoksnių skaičiaus padidinimas nebūtinai reiškia neribotą našumo gerinimą. Per daug sluoksnių gali padidinti tarpsluoksnio parazitinę talpą, kuri, jei parametrai nėra tinkamai suderinti, gali neigiamai paveikti sistemos stabilumą. Todėl projektuojant laminuotą šyną trijų lygių keitikliui, induktyvumo ir talpos parametrai turi būti subalansuoti vienu metu.

 

II. Šilumos išsklaidymo pajėgumo pokyčiai

Daugiasluoksnės konstrukcijos gali išplėsti šilumos laidumo kelią ir šilumos išsklaidymo plotą, todėl daugiasluoksnės šynos paprastai turi mažesnį temperatūros kilimą tomis pačiomis srovės{0}}nešimo sąlygomis.

 

Esant didelės-srovės scenarijams, pvz., aukštos įtampos sprogimui-atsparios keitiklio šynos, daugiasluoksnės struktūros gali veiksmingai sumažinti vietines karštąsias vietas ir pagerinti ilgalaikį{2}} veikimo stabilumą.

 

Tačiau tuo pačiu metu, padidinus sluoksnių skaičių, didėja ir bendras storis, užimantis daugiau montavimo vietos. Todėl kompaktiškuose įrenginiuose reikia visapusiškai apsvarstyti vidinį išdėstymą.

 

III. Patobulintos sistemos integravimo galimybės

Vienas didžiausių laminuotų šynų privalumų yra jų aukštas integravimo laipsnis. Palyginti su tradiciniais laidų rinkiniais, daugiasluoksnės struktūros gali vienu metu integruoti kelias maitinimo kilpas, signalų kilpas ir įžeminimo sistemas, taip sumažinant jungčių mazgus ir padidinant sistemos patikimumą.

 

Pavyzdžiui:

Laminuotos magistralės, skirtos galios paskirstymui, gali būti naudojamos serverių ir pramoninėse maitinimo sistemose.

Laminuotos magistralės, skirtos maršrutizatoriaus užpakaliniam paskirstymui, tinka vidiniam maitinimo šaltiniui ryšio įrangoje.

Laminuotos magistralės, skirtos korinio ryšio bazinių stočių energijos paskirstymui, yra plačiai naudojamos 5G bazinėse stotyse ir ryšio maitinimo šaltiniuose.

Sudėtingose ​​kabelių aplinkose laminuotos šynos, skirtos sudėtingų šynų įrengimui, efektyviai sumažina vietos poreikį ir supaprastina montavimo procesą.

 

IV. Struktūrinis stabilumas ir atsparumas{1}}trukdžiams

Daugiasluoksnės struktūros gali sudaryti išsamesnę elektromagnetinio ekranavimo kilpą, taip pagerindamos sistemos atsparumą-trukdžiams.

 

Naujų energetinių transporto priemonių, elektrinių pavarų sistemų ir geležinkelių transporto srityse variklio valdiklių šynoms ir metro laminuotoms šynoms keliami aukšti EMS veikimo reikalavimai. Daugiasluoksnės simetriškos struktūros gali veiksmingai sumažinti esamas disbalanso problemas ir pagerinti ilgalaikį stabilų įrangos veikimą.

 

Geležinkelių transportui ir didelės galios traukos sistemoms -kompozicinė šyna, skirta traukinio maitinimo šaltiniui, keturių-kvadrantų galios moduliai taip pat turi atlaikyti dinaminius smūgius, aukštą temperatūrą ir išlaikyti aukštą izoliacijos našumą.
 

 

Nors aukštesnio{0}}sluoksnio šynos pasižymi puikiu našumu, gamybos sudėtingumas atitinkamai didėja.

 

Dviejų{0}}–trijų-sluoksnių gaminių procesai yra gana brandūs, jų išeiga yra aukšta ir apdorojimo išlaidos yra kontroliuojamos.

 

Keturių-sluoksnių ir aukštesnio lygio gaminiams keliami didesni vario folijos storio kontrolės, izoliacijos laminavimo tikslumo, karšto -presavimo ir simetriško išdėstymo reikalavimai. Tai ypač pasakytina apie specializuotas konstrukcijas, tokias kaip iš dalies laminuotos šynos, kurioms reikia itin didelio tikslumo apdorojant vietines izoliacijos ir laidumo sritis.

 

Be to, kelių{0}}sluoksnių struktūros reiškia:

Padidėjęs žaliavų suvartojimas;

Sudėtingesni laminavimo procesai;

Griežtesni testavimo standartai;

Ilgesni gamybos ciklai.

 

Todėl aukšto{0}}sluoksnio sprendimai nebūtinai tinka visiems projektams.

 

 

Mažos ir vidutinės galios įrangai, kurios galia mažesnė nei 100 kW, paprastai pakanka dviejų ar trijų sluoksnių. Šie scenarijai apima pagrindines programas, tokias kaip bendrosios energijos kaupimo sistemos, mažos UPS sistemos ir nepertraukiamo maitinimo šaltinio (UPS) sistemos šynos.

 

Vidutinės{0}}–-didelės galios sistemoms (100–500 kW) 3–4 sluoksnių struktūra labiau tinka induktyvumo našumui, šilumos išsklaidymui ir gamybos sąnaudoms subalansuoti.

 

Didelės{0}}galios sistemose, viršijančiose 500 kW, aukšto-dažnio SiC keitiklius ir dideles energijos kaupimo sistemas, paprastai reikalinga 4–6 sluoksnių struktūra, kad atitiktų mažesnio induktyvumo, didesnių EMS galimybių ir stipresnio šilumos išsklaidymo reikalavimus.

 

Pavyzdžiai:

Laminuotos šynos elektromobiliams;

Aukštos įtampos sprogimui atspari{0}}keitiklio šyna

Didelio masto energijos kaupimo PCS sistemos;

Aukštos{0}}tampos dažnio keitikliai;

Naujos energijos transporto priemonių pagrindinės pavaros sistemos.

 

Sudėtingose ​​grandinėse, pvz., kelių{0}}pakopų topologijose, trijų lygių keitiklių laminuotai šynai dažnai reikalinga 3-5 sluoksnių struktūra, kad būtų pasiekti simetriški srovės keliai ir stabilus srovės pasidalijimo valdymas.

 

 

 

1 klaidinga nuomonė: daugiau sluoksnių būtinai reiškia geresnį našumą

Tiesą sakant, sluoksnių skaičius yra vienintelis parametras, turintis įtakos našumui.

Vario šynų storis, izoliacinė medžiaga, grandinės išdėstymas, tarpai tarp laidininkų ir apdorojimo tikslumas tiesiogiai įtakoja galutinį veikimą.

Aklas sluoksnių skaičiaus didinimas ne tik padidina išlaidas, bet ir gali turėti įtakos įrangos stabilumui dėl parazitinių parametrų pokyčių.

 

2 klaidinga nuomonė: žemo-sluoksnio produktai yra „žemos- klasės sprendimai“.

Tiesą sakant, daugeliui mažos ir vidutinės galios įrenginių 2-–3 sluoksnių struktūros yra patys brandžiausi, stabiliausi ir ekonomiškiausi sprendimai.

Gerai suprojektuota-trijų-sluoksnių laminuota šyna gali visiškai patenkinti daugumos įprastų pramoninių pritaikymų poreikius.

 

3 klaidinga nuomonė: gaminiai su tuo pačiu sluoksnių skaičiumi turi tokį patį našumą

Net ir esant tokiam pačiam sluoksnių skaičiui, skirtingi dizainai vis tiek gali skirtis.

Pavyzdžiui, vario folijos išdėstymas, izoliacinė medžiaga, karšto -presavimo procesas ir laidininko simetrija tiesiogiai veikia šynų veikimą.

Tikrasis aukštos kokybės{0}}varinių šynų našumas dažnai yra daug geresnis nei įprastų konstrukcijų gaminių.

 

 

 

Nuolat tobulinant SiC įrenginius, aukšto{0}}dažnio keitiklių technologiją ir energijos kaupimo sistemas, laminuotos šynos tobulėja link aukštesnių dažnių, geresnės integracijos ir tobulinimo.

 

Ateityje aukščiausios klasės{0}elektronikos laukai, pvz., laminuotos superkompiuterių grandinių plokštės arba galinės plokštės, toliau skatins šynų plėtrą siekiant didelio tankio, miniatiūrizavimo ir pritaikymo.

 

Tuo pačiu metu naujoms energijos transporto priemonėms, galios elektronikai ir ryšių įrangai skirtos šynų konstrukcijos bus labiau segmentuotos, o pramonė daugiau dėmesio skirs „programų pritaikymui“, o ne tiesiog sieks sluoksnių skaičiaus didinimo.

 

 

Pagrindinė laminuotų šynų vertė yra ne „daugiau sluoksnių“, o jų gebėjimas tiksliai atitikti įrangos reikalavimus.

 

Pagrįstas sluoksnio dizainas turėtų visapusiškai atsižvelgti į:

Įrangos galia;

Perjungimo dažnis;

EMC reikalavimai;

Šilumos išsklaidymo pajėgumas;

Montavimo vieta;

Gamybos savikaina;

Ilgalaikis{0}}darbo stabilumas.

 

Tik naudojant mokslinį projektavimą, pagrįstą faktiniais taikymo scenarijais, galima pasiekti našumo pranašumusLaminuotos autobusų juostos, pasyvūs elektroniniai komponentai, būtų tikrai realizuoti, kad būtų pasiekta optimali sistemos efektyvumo, patikimumo ir sąnaudų pusiausvyra.