Laminuotų šynų kintamos induktyvumo optimizavimo vadovas: kaip sumažinti įtampos šuoliai ir perjungimo nuostolius SiC keitikliuose

Galios elektroninėms sistemoms pereinant nuo tradicinių silicio IGBT prie silicio karbido (SiC) įrenginių, pamažu išryškėjo esminė problema: SiC įrenginiai turi itin didelį perjungimo greitį, tačiau sistemoje esantis klaidinantis induktyvumas gali labai trukdyti veikimui. Įtampos šuoliai ir aukšto Didelio-tankio laminuotos šynos yra pagrindinis konstrukcinis sprendimas šiai kliūtis išspręsti. Šiame straipsnyje bus paaiškinta, kodėl laminuotos šynos gali sumažinti induktyvumą ir kaip jas pasirinkti praktiškai.

I. Nors SiC įtaisai yra greitesni, klijuojantis induktyvumas tampa pagrindine kliūtimi.

SiC MOSFET persijungia daugiau nei dešimt kartų greičiau nei silicio įrenginiai, todėl padidėja galios tankis ir efektyvumas. Tačiau kita medalio pusė yra ta, kad greitesnis perjungimas lemia didesnį srovės kitimo greitį (di/dt). Pagal formulę V=L × di/dt, net tik kelių nanohenrų kintamasis induktyvumas gali sukelti šimtų voltų įtampos šuolius visame įrenginyje. Šie šuoliai yra ant magistralės įtampos ir viršija įrenginio atsparumo įtampos ribą, jie suges ir perdegs.

Labiau problematiška yra tai, kad klaidinantis induktyvumas taip pat gali rezonuoti su SiC įrenginių išvesties talpa, sukeldamas aukšto{0}}dažnio virpesius (skambėjimą). Dėl šio svyravimo padidėja perjungimo nuostoliai ir prietaisas įkaista, taip pat sukuriami dideli elektromagnetiniai trukdžiai, neleidžiantys sistemai išlaikyti EMC sertifikato. Saugumo sumetimais inžinieriai dažnai turi eiti į kompromisus: arba pasirinkti modulius su didesne atsparumo įtampa (didėja sąnaudos ir nuostoliai), arba padidinti vartų varžą, kad sulėtėtų perjungimo greitis (tiesiogiai eikvojamas aukšto -dažnio SiC pranašumas). Trijų sluoksnių laminuotų šynų atsiradimas siekia pašalinti šią problemą konstrukciniu lygmeniu.

II. Kodėl didelės{1}}galios keitiklio laminuota šyna sumažina induktyvumą?

Tradicinės šynos turi du atskirus laidus, kurių tiesioginė ir atbulinė srovė yra toli viena nuo kitos. Magnetiniai laukai, kuriuos jie sukuria, negali panaikinti vienas kito, todėl atsiranda didelis klaidinantis induktyvumas. Pagrindinė didelės-galios keitiklio laminuotos šynos idėja yra sujungti pirminius ir atbulinius laidus, kad jie būtų labai arti vienas kito. Srovės kryptys yra priešingos, o magnetinio lauko kryptys taip pat priešingos; du magnetiniai laukai panaikina vienas kitą, sumažindami išsklaidytą induktyvumą iki dešimtosios ar net mažiau tradicinių sprendimų.

Produktų klasifikavimo požiūriu laminuotos šynos nėra paprastos laidžios šynos, o pasyvūs galios komponentai su tiksliai suprojektuota struktūra. Priklausomai nuo sluoksnių skaičiaus, įprastos struktūros apima tris, keturis ar net penkis sluoksnius. Kuo daugiau sluoksnių, tuo kompaktiškesnis srovės kelias ir mažesnis induktyvumas. Kaip pagrindinis keitiklio prijungimo komponentas, jo induktyvumo vertė tiesiogiai nustato viršutinę viso keitiklio dinaminio veikimo ribą.

III. Kaip pasirinkti laminuotas magistralės juostas įvairiems taikymo scenarijams?

Pagrindinė pasirinkimo logika yra tokia: pirmiausia atsižvelkite į įtampos lygį, tada į srovės pajėgumą ir galiausiai į įrengimo vietą.

Naujos energetinės transporto priemonės šiuo metu yra sparčiausiai{0}}auganti lambinuotų šynų taikymo sritis. Elektromobiliams skirtos laminuotos šynos turi tiekti šimtų amperų srovę labai mažoje erdvėje, o jos atitinka automobilių -vibracijos ir temperatūros ciklų reikalavimus. Jie paprastai naudoja daugiasluoksnes sudėtines struktūras, kad subalansuotų mažą induktyvumą ir didelį patikimumą.

Geležinkelių tranzito sektoriui keliami itin aukšti saugos reikalavimai. Metro šynos turi atitikti griežtus atsparumo sprogimui, ugniai ir korozijai{3}} standartus, kartu kontroliuojant elektromagnetinius trukdžius uždaroje požeminių tunelių aplinkoje. Todėl dažnai pasirenkami apsauginių konstrukcijų gaminiai, pvz., aukštos įtampos sprogimui atsparios{5}}inverterio šynos.

Sudėtingose ​​topologijose, pvz., trijų{0}}pakopų keitiklių, trijų-pakopų keitiklių sujungtose šynose vienoje šynoje turi būti integruotos kelios teigiamos ir neigiamos magistralės, todėl konstrukcija yra sudėtingesnė ir keliami griežtesni tarpsluoksnių izoliacijos ir išlygiavimo tikslumo reikalavimai. Laminuotos šynos, skirtos sudėtingiems šynų įrenginiams, skirtos pramoniniams dažnio keitikliams, energijos kaupimo sistemoms ir kitoms reikmėms bei palaiko tinkintus kelių{3}šakų dizainus.