Vairāku slāņu atmaskošana, labāks nepareizs priekšstats par laminētām kopnēm

Strauji attīstoties jaunai enerģētikai, spēka elektronikai un rūpnieciskajai automatizācijai, laminētās kopnes tiek plaši izmantotas enerģijas uzglabāšanas sistēmās, invertoros, jaunos enerģijas transportlīdzekļos, jaudas moduļos un dzelzceļa transportēšanā, jo tām ir zema induktivitāte, augsta integrācija un laba EMC veiktspēja. Īpaši augstfrekvences-lieljaudas{2}}iekārtās laminētas zemas-induktīvās kopnes pakāpeniski ir aizstājušas tradicionālos kabeļu savienojumus, kļūstot par svarīgu mūsdienu energosistēmu sastāvdaļu.

 

Tomēr nozarē joprojām pastāv izplatīts nepareizs uzskats: vairāk slāņu laminētā kopnē noteikti nozīmē labāku veiktspēju. Patiesībā laminētais dizains ir sistemātisks inženiertehnisks projekts, kas prasa visaptverošu induktivitātes, siltuma izkliedes, strukturālās telpas, izmaksu un pielietojuma scenāriju apsvēršanu. Nav absolūta secinājuma, ka "vairāk slāņu nozīmē vairāk attīstītu".

 

 

 

Laminētās kopnes parasti sastāv no vairākiem vadošu vara kopņu slāņiem un izolācijas materiāliem, kas savienoti kopā, izmantojot karstās -presēšanas procesu. Tie ir tipiski daudzslāņu saliktas struktūras savienojuma stieņi. Optimizējot attālumu un izkārtojumu starp pozitīvajiem un negatīvajiem spailēm, var ievērojami samazināt novirzes induktivitāti ķēdē, uzlabojot sistēmas darbības stabilitāti. Pašlaik galvenās specifikācijas nozarē galvenokārt svārstās no 2 līdz 6 slāņiem ar dažādiem slāņu numuriem, kas atbilst dažādām lietojuma vajadzībām:

 

2-slāņu struktūras parasti ir piemērotas zemas- līdz vidējas-jaudas iekārtām, piedāvājot tādas priekšrocības kā nobrieduši ražošanas procesi, zemākas izmaksas un vienkārša uzstādīšana. Tie parasti ir atrodami pamata jaudas sadales bloku kopnēs, zemsprieguma invertoros un vispārējās rūpnieciskās elektroenerģijas sadales sistēmās.

 

3-slāņu struktūras ir viens no visplašāk izmantotajiem risinājumiem. Trīs-slāņu laminētas kopnes nodrošina labāku strāvas sadali un elektromagnētisko ekranējumu, nodrošinot augstu izmaksu-efektivitāti vidējas jaudas iekārtās. Tos plaši izmanto enerģijas uzglabāšanas invertoros, UPS sistēmās un jaunos enerģijas papildu vadības moduļos.

 

Struktūras ar 4 vai vairāk slāņiem biežāk tiek izmantotas augstas-frekvences, lielas-jaudas un sarežģītas topoloģijas scenārijos, piemēram, laminētas kopnes lieljaudas pārveidotājos, IGBT laminētas kopnes un liela mēroga-enerģijas uzglabāšanas PCS sistēmas. To galvenās priekšrocības ir zemāka izkliedes induktivitāte, spēcīgākas EMC iespējas un augstāka sistēmas integrācija.

 

 

 

I. Elektriskās veiktspējas izmaiņas

Palielinoties slāņu skaitam, starp pozitīvajiem un negatīvajiem vadītājiem var izveidoties stingrāka savienojuma struktūra, tādējādi samazinot izkliedes induktivitāti. Tas ir īpaši svarīgi augstas-frekvences SiC ierīcēm un ātrdarbīgiem{2}} IGBT moduļiem.

 

Pielāgotas laminētas kopnes IGBT parasti koncentrējas uz kopņu starpslāņu struktūras optimizēšanu, lai samazinātu sprieguma lēcienus un EMI traucējumus, kas rodas pārslēgšanas laikā.

 

Tomēr slāņu skaita palielināšana ne vienmēr nozīmē neierobežotu veiktspējas uzlabošanu. Pārāk daudz slāņu var palielināt starpslāņu parazītisko kapacitāti, kas, ja parametri nav pareizi saskaņoti, var negatīvi ietekmēt sistēmas stabilitāti. Tāpēc, projektējot laminētu kopni trīslīmeņu pārveidotājam, induktivitātes un kapacitātes parametri ir jāsabalansē vienlaikus.

 

II. Siltuma izkliedes jaudas izmaiņas

Daudzslāņu struktūras var paplašināt siltuma vadīšanas ceļu un siltuma izkliedes laukumu, tādējādi daudzslāņu kopnēm parasti ir zemāks temperatūras pieaugums tādos pašos strāvas{0}}pārvades apstākļos.

 

Spēcīgas -straumes scenārijos, piemēram, augstsprieguma sprādzienbīstamības-invertora kopnes, daudzslāņu struktūras var efektīvi samazināt lokālos karstos punktus un uzlabot ilgtermiņa darbības stabilitāti.

 

Tomēr tajā pašā laikā slāņu skaita palielināšana palielina arī kopējo biezumu, aizņemot vairāk uzstādīšanas vietas. Tāpēc kompaktajās ierīcēs vispusīgi jāapsver iekšējais izkārtojums.

 

III. Uzlabotas sistēmas integrācijas iespējas

Viena no lielākajām laminēto kopņu priekšrocībām ir to augstā integrācijas pakāpe. Salīdzinot ar tradicionālajām vadu instalācijām, daudzslāņu struktūras var vienlaikus integrēt vairākas barošanas cilpas, signālu cilpas un zemējuma sistēmas, samazinot savienojuma mezglus un uzlabojot sistēmas uzticamību.

 

Piemēram:

Laminētas kopņu stieņi jaudas sadalīšanai aizmugures plāksnēm var tikt izmantoti serveru un rūpnieciskās energosistēmās.

Laminētas kopnes, kas paredzētas maršrutētāja aizmugures sadalei, ir piemērotas iekšējai barošanas avotam sakaru iekārtās.

Laminētas kopnes, kas paredzētas mobilo bāzes staciju enerģijas sadalei, tiek plaši izmantotas 5G bāzes stacijās un sakaru barošanas avotos.

Sarežģītās kabeļu vidēs laminētas kopnes kompleksu kopņu instalācijām efektīvi samazina telpas vajadzības un vienkāršo uzstādīšanas procesu.

 

IV. Strukturālā stabilitāte un pret{1}}traucējumi

Daudzslāņu struktūras var veidot pilnīgāku elektromagnētisko ekranēšanas cilpu, tādējādi uzlabojot sistēmas pret-traucējumu spēju.

 

Jaunu enerģijas transportlīdzekļu, elektriskās piedziņas sistēmu un dzelzceļa transporta jomā motoru kontrolieru kopnēm un metro laminētajām kopnēm ir augstas EMC veiktspējas prasības. Daudzslāņu simetriskas struktūras var efektīvi samazināt pašreizējās nelīdzsvarotības problēmas un uzlabot iekārtu ilgtermiņa stabilas darbības spējas.

 

Dzelzceļa tranzītam un lielas -jaudas vilces sistēmām kompozītmateriālu kopnes vilciena barošanas avotam četriem-kvadrantu barošanas moduļiem ir arī jāiztur dinamiski triecieni, jāiztur augsta temperatūra un jāuztur augsta izolācijas veiktspēja.
 

 

Lai gan augstāka-slāņa kopnes nodrošina izcilu veiktspēju, ražošanas sarežģītība attiecīgi palielinās.

 

Divu- līdz trīs-slāņu izstrādājumiem ir salīdzinoši nobrieduši procesi, augsts ražas līmenis un kontrolējamas apstrādes izmaksas.

 

Četru-slāņu un augstāki izstrādājumi izvirza augstākas prasības vara folijas biezuma kontrolei, izolācijas laminēšanas precizitātei, karstās-presēšanas procesiem un simetriskam izkārtojumam. Tas jo īpaši attiecas uz specializētām konstrukcijām, piemēram, daļēji laminētām kopnēm, kurām nepieciešama ārkārtīgi augsta precizitāte, apstrādājot lokālās izolācijas un vadītspējas zonas.

 

Turklāt daudzslāņu struktūras{0}}nozīmē:

Palielināts izejvielu patēriņš;

Sarežģītāki laminēšanas procesi;

Stingrāki testēšanas standarti;

Ilgāki ražošanas cikli.

 

Tāpēc augsta līmeņa{0}}risinājumi ne vienmēr ir piemēroti visiem projektiem.

 

 

Mazas un vidējas jaudas iekārtām, kuru jauda ir mazāka par 100 kW, parasti pietiek ar diviem līdz trim slāņiem. Šie scenāriji ietver pamata lietojumprogrammas, piemēram, vispārējās enerģijas uzglabāšanas sistēmas, mazas UPS sistēmas un nepārtrauktās barošanas avota (UPS) sistēmas kopnes.

 

Vidējas{0}}līdz-jaudas sistēmām (100 kW līdz 500 kW) 3–4 slāņu struktūra ir piemērotāka, lai līdzsvarotu induktivitātes veiktspēju, siltuma izkliedi un ražošanas izmaksas.

 

Lieljaudas sistēmām, kas pārsniedz 500 kW, augstas-frekvences SiC pārveidotājiem un lielām enerģijas uzkrāšanas sistēmām, parasti ir nepieciešama 4–6 slāņu struktūra, lai atbilstu prasībām par zemāku induktivitāti, augstāku EMC iespējām un spēcīgāku siltuma izkliedi.

 

Piemēri:

Laminēta kopne elektromobiļiem;

Augstsprieguma sprādzienbīstama{0}}invertora kopne

Liela mēroga-enerģijas uzglabāšanas PCS sistēmas;

Augstsprieguma{0}}frekvences pārveidotāji;

Jaunas enerģijas transportlīdzekļu galvenās piedziņas sistēmas.

 

Sarežģītās shēmās, piemēram, vairāku -līmeņu topoloģijās, trīs līmeņu invertoru laminētajai kopnei bieži ir nepieciešama 3-slāņu struktūra, lai panāktu simetriskus strāvas ceļus un stabilu strāvas sadales vadību.

 

 

 

1. kļūdains priekšstats: vairāk slāņu noteikti nozīmē labāku veiktspēju

Patiesībā slāņu skaits ir vienīgais parametrs, kas ietekmē veiktspēju.

Vara kopnes biezums, izolācijas materiāls, ķēdes izkārtojums, vadu atstatums un apstrādes precizitāte tieši ietekmē gala veiktspēju.

Akli slāņu skaita palielināšana ne tikai palielina izmaksas, bet arī var ietekmēt iekārtas stabilitāti, jo mainās parazītiskie parametri.

 

2. kļūdains priekšstats: zema-slāņa produkti ir "zemas-cenas risinājumi".

Patiesībā daudzām mazas un vidējas jaudas ierīcēm 2- līdz 3 slāņu struktūras ir visnobriedīgākie, stabilākie un izmaksu ziņā efektīvākie risinājumi.

Labi-izstrādāta trīs-slāņu laminēta kopne pilnībā atbilst vairuma tradicionālo rūpniecisko lietojumu vajadzībām.

 

3. kļūdains priekšstats. Produktiem ar vienādu slāņu skaitu ir vienāda veiktspēja

Pat ar vienādu slāņu skaitu starp dažādiem dizainparaugiem joprojām var pastāvēt būtiskas atšķirības.

Piemēram, vara folijas izvietojums, izolācijas materiāls, karstās -presēšanas process un vadītāju simetrija tieši ietekmē kopņu veiktspēju.

Augstas kvalitātes{0}}vara kopņu faktiskā veiktspēja bieži vien ir daudz labāka par parasto konstrukciju izstrādājumu veiktspēju.

 

 

 

Nepārtraukti attīstot SiC ierīces, augstfrekvences invertoru tehnoloģiju un enerģijas uzkrāšanas sistēmas, laminētās kopnes tiek attīstītas augstāku frekvenču, augstākas integrācijas un pilnveidošanas virzienā.

 

Nākotnē augstas klases{0}elektroniskie lauki, piemēram, laminētas kopnes stieņi superdatoru shēmas platēm vai aizmugures plates, turpinās virzīt kopnes uz augstu blīvumu, miniaturizāciju un pielāgošanu.

 

Tajā pašā laikā īpašiem kopņu dizainiem jauniem enerģijas transportlīdzekļiem, spēka elektronikai un sakaru iekārtām kļūs segmentētāki, nozarei liekot lielāku uzsvaru uz "lietojumprogrammu pielāgošanu", nevis vienkārši cenšoties palielināt slāņu skaitu.

 

 

Laminēto kopņu galvenā vērtība ir nevis "vairāk slāņu", bet gan to spēja precīzi atbilst aprīkojuma prasībām.

 

Saprātīgam slāņa dizainam ir vispusīgi jāņem vērā:

Iekārtas jauda;

Pārslēgšanas frekvence;

EMC prasības;

Siltuma izkliedes spēja;

uzstādīšanas vieta;

Ražošanas izmaksas;

Ilgtermiņa{0}}darbības stabilitāte.

 

Veiktspējas priekšrocības var nodrošināt tikai ar zinātnisku dizainu, kas balstīts uz faktiskajiem lietojuma scenārijiemLaminētas autobusu stieņi, pasīvie elektroniskie komponenti, tiks patiesi realizēti, panākot optimālu līdzsvaru starp sistēmas efektivitāti, uzticamību un izmaksām.