Laminēto šuntu un kopņu induktivitātes optimizācijas tehnoloģijas visaptveroša analīze: no principiem līdz galīgo elementu simulācijas praksei

Laminēto spēka stieņu zemas induktivitātes princips
Laminēto jaudas stieņu zemās induktivitātes darbības princips ir šāds: vadītāja induktivitāte ir atkarīga no vadītāja formas, strāvas komutācijas ceļa attāluma un zemās -induktivitātes ģeometrijas, kas raksturīga paralēlo vadītāju izvietojumam. Lai samazinātu induktivitāti, laminēti barošanas stieņi novieto vadītājus ārkārtīgi tuvu; dažos gadījumos atstatums starp pozitīvajiem un negatīvajiem vadītājiem ir mazāks par 100 mikrometriem.

Salīdzinošs piemērs ilustrē šo priekšrocību: paralēlu vadītāju pāra, kura garums ir 1 metrs un kas atrodas 1 milimetra attālumā viens no otra, induktivitāte ir aptuveni 0,4 mikrohenri. Lai gan šī vērtība var šķist zema makro-mēroga shēmās, spēka elektronikas lietojumprogrammām ir nepieciešams induktivitātes līmenis nanohenrija diapazonā. Izmantojot laminētu kopņu struktūru, ekvivalento induktivitāti tiem pašiem izmēriem var samazināt līdz 50 nanohenrijām -par 88%. Turklāt, ja tiek izmantoti augstas veiktspējas izolācijas materiāli, lai samazinātu attālumu starp diviem vadītājiem līdz 0,2 milimetriem, induktivitāti var samazināt līdz 20 nanohenrijām. Kopnes, kurās tiek izmantots PET izolācijas papīrs, ir atslēga, lai panāktu šo cieši laminēto struktūru; PET papīrs nodrošina ne tikai drošu elektrisko izolāciju, bet arī tā plānais profils atvieglo minimālu atstarpi starp vadītājiem.

Praktiskas pielietošanas sarežģītības un nepieciešamība pēc simulācijas{0}}balstītas optimizācijas

Lai gan idealizētais paralēlo vadītāju modelis, par kuru tika runāts iepriekš, atvieglo izpratni par pamatprincipiem un vienkāršiem aprēķiniem, faktiskajām kopnēm ir daudz sarežģītāka ģeometrija, un tām ir jāatbilst daudzām konstrukcijas prasībām. Tie ietver savienojuma spailes (savienošana ar pusvadītāju ierīcēm, kondensatoriem, strāvas kabeļiem vai citām kopnēm), izolāciju konkrētiem sprieguma nomināliem, atbilstošu siltuma izkliedi, komponentu montāžu un izgatavojamību. Mainīgas frekvences piedziņas (VFD) lietojumos jāņem vērā arī harmonikas dažādās frekvencēs un siltuma pārvaldības vajadzības.

Tradicionāli kopņu induktivitāte tiek mērīta laboratorijā vai lauka{0}}procesos, kam nepieciešams ļoti specializēts aprīkojums, rūpīga iestatīšana un vismaz viena fiziska prototipa izgatavošana. Vēl viens izaicinājums ir tas, ka pat nelielas kopnes ģeometrijas izmaiņas var būtiski ietekmēt induktivitāti, apgrūtinot iteratīvo testēšanu un optimizāciju, izmantojot fizisko prototipu veidošanu. Turpretim galīgo elementu simulācija novērš vajadzību pēc fiziskiem prototipiem; dizaina uzlabojumus var viegli ieviest 3D modelī, nodrošinot ātru iterāciju uz zemas-induktivitātes risinājumiem. Turklāt simulācija ļauj vienlaikus analizēt tādas īpašības kā strāvas sadalījums un termiskie profili, kā rezultātā tiek iegūts ļoti optimizēts produkts. Datu centra aizmugures strāvas sadales lietojumprogrammās optimizācija, kuras pamatā ir simulācija, ļauj izpildīt dubultās prasības — zemu induktivitāti un vienmērīgu strāvas sadali.