Izolācijas materiāli laminētām kopnēm – īsa diskusija par elastīgu un stingru izolāciju un to parametriem

Laminēta kopne ir elektriskā savienojuma sastāvdaļa, kas sastāv no vairākiem vadītāju un izolācijas materiālu slāņiem. To plaši izmanto liela-jaudas-blīvuma un kompaktās jaudas elektroniskajās sistēmās, piemēram, laminētās zemas induktīvās kopnes un vara laminētās kopnes. Tās galvenais dizaina mērķis ir uzlabot sistēmas vispārējo efektivitāti un uzticamību, optimizējot elektriskā lauka sadalījumu un parazitāro induktivitāti, izmantojot trīsdimensiju struktūru, vienlaikus izpildot augsta sprieguma un lielas strāvas pārvades prasības. Tipiski lietojumi ietver laminētas kopnes lielas-jaudas pārveidotājos un laminētas kopnes līdzstrāvas sadales sistēmām.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Strukturāli laminētās kopnes parasti izmanto elastīgus izolācijas materiālus, kas laminēti ar vadītājiem, lai veidotu vadošas pamata vienības. Šo konstrukciju sauc arī par daļēji laminētu kopņu stieni vai daudzslāņu kompozītmateriālu struktūras savienojuma stieni. Karstās -presēšanas procesā elastīgais izolācijas materiāls tiek cieši saistīts ar vadītāju, izmantojot adhezīvus slāņus, veidojot efektīvu blīvējumu vadītāja malās, tādējādi saglabājot stabilu izolācijas veiktspēju pat sarežģītās vidēs. Izplatītākie elastīgie izolācijas materiāli ir poliesters (PET) un poliimīds (PI), un PET ir visplašāk izmantotais trīsslāņu laminētās kopnēs un standartizētos kopņu izstrādājumos, pateicoties tā visaptverošajām veiktspējas priekšrocībām.

 

Poliestera materiāliem ir mērena temperatūras izturība (parasti 105 grādi), saglabājot stabilas mehāniskās un elektriskās īpašības ilgstošas ​​-termiskās cikla apstākļos. Tā pagarinājums var pārsniegt 100%, tāpēc tas ir mazāk pakļauts plīsumiem vai biezuma samazināšanos lieces un malu iesiešanas laikā. Turklāt PET ir augsts relatīvais izsekošanas indekss (CTI), kas efektīvi samazina slīdēšanas risku, kas ir īpaši svarīgi augstsprieguma lietojumiem, piemēram, augstsprieguma sprādzienbīstamām{6} invertora kopnēm. Lai gan PET atbilst liesmas slāpēšanas prasībām (piemēram, V0), tas ir pieejams arī dažādos biezumos (piem., no 50 μm līdz 350 μm), lai pielāgotos dažādiem sprieguma līmeņiem un konstrukcijas prasībām, tādējādi piedāvājot daudzpusību tādos lietojumos kā laminētas kopnes trīs līmeņu invertoriem un pielāgotas laminētas kopnes IGBT.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Turpretim poliimīda (PI) materiāli ir augstas veiktspējas izolācijas materiāli ar augstāku temperatūras pretestību (parasti RTI pārsniedz 200 grādus), tāpēc tie ir piemēroti lietojumiem, kas saistīti ar metināšanu augstā-temperatūra vai lielām lokālām siltuma slodzēm, piemēram, konstrukcijām, kas ietver kondensatoru vai elektronisko komponentu metināšanu elektrisko automašīnu laminētās kopnēs. PI materiāliem ir lielāka mehāniskā stingrība, un tie ir mazāk pakļauti atslābināšanai ilgstošas ​​-sprieguma apstākļos, kas palīdz saglabāt noslēgtās struktūras stabilitāti. Tomēr to CTI veiktspēja ir salīdzinoši zema, un parasti ir nepieciešams lielāks šļūdes attāluma dizains, padarot tos piemērotākus vidēja- un zema{7}}sprieguma vidēm, piemēram, dažām līdzstrāvas-savienojuma kondensatora laminēto kopņu stieņu vai līdzstrāvas atbalsta kondensatora laminēto kopņu stieņu lietojumprogrammām.

 

Pilnībā laminēto kopņu sistēmā elastīgo izolāciju galvenokārt izmanto elektriskajai izolācijai un blīvēšanai starp vadītāju slāņiem, savukārt stingrus izolācijas materiālus izmanto konstrukcijas atbalstam un elektriskajai izolācijai starp kopņu mezgliem. Stingras izolācijas biezums parasti ir tieši saistīts ar sistēmas sprieguma līmeni; vispārējais projektēšanas princips ir aptuveni 1 mm stingra izolācijas materiāla uz vienu kilovoltu. Augstsprieguma -sistēmās, piemēram, laminētās kopnēs lielas-jaudas atpakaļ-uz-pārveidotājiem vai invertora kopnēm dzelzceļa satiksmei un metro sistēmām, parasti ir nepieciešami stingri izolācijas slāņi, kuru biezums ir no 1 mm līdz 6 mm, lai izpildītu daļējas izlādes kontroles un ilgtermiņa uzticamas darbības prasības.

 

Attiecībā uz galvenajiem veiktspējas parametriem relatīvais temperatūras indekss (RTI) un relatīvais izsekošanas indekss (CTI) ir svarīgi rādītāji izolācijas materiālu novērtēšanai. RTI mēra materiāla spēju uzturēt veiktspēju ilgstošas ​​termiskās novecošanas apstākļos; tā kalpošanas laika novērtējums parasti ir balstīts uz paātrinātas novecošanas testiem, kas pārsniedz 20 000 stundas, un tiek ievērota eksponenciāla sakarība starp temperatūru un kalpošanas laiku. CTI atspoguļo materiāla izturību pret izsekošanu piesārņotā vidē un ir izšķiroša nozīme šļūdes attāluma projektēšanā augstsprieguma sistēmās. Turklāt materiāla pagarinājums tieši ietekmē tā pielāgošanās spēju apstrādes laikā un ir viens no galvenajiem parametriem blīvējuma veiktspējas un mehāniskās uzticamības novērtēšanai.

 

Laminēto kopņu izolācijas materiālu veiktspējas prasības dažādās pielietojuma jomās ievērojami atšķiras. Rūpnieciskās augstsprieguma{1}}lietotnēs, piemēram, augstsprieguma sprādzienbīstamās -invertora kopnēs vai liela mēroga-elektroenerģijas pārveidošanas sistēmās, darba spriegums parasti ir no 1000 V līdz 6000 V. Šīm lietojumprogrammām ir nepieciešami ārkārtīgi augsti standarti attiecībā uz daļējas izlādes kontroli, elektriskās izolācijas veiktspēju un ilglaicīgu kalpošanas laiku. Tāpēc ir nepieciešama elastīgu un stingru izolācijas dizainu kombinācija, un vēlamā izvēle ir materiāli ar augstu CTI. Jauno enerģijas transportlīdzekļu sektorā, piemēram, augstas siltumvadītspējas metalizētās plēves kondensatoru kopnes EV vadības sistēmām, sistēmas spriegums parasti ir zem 800 V. Izolācijas veiktspējas prasības ir salīdzinoši zemākas, ar lielāku uzsvaru uz vieglo konstrukciju, karstumizturību un montāžas procesa savietojamību. Tāpēc PI materiāli konkrētās metinātās konstrukcijās piedāvā noteiktas priekšrocības.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Turklāt dažās ne-laminētās konstrukcijās vai viena-vadītāja lietojumos var izmantot arī pulvera pārklājuma izolāciju, piemēram, pulvera-krāsotas laminētas kopnes ar dielektrisku pārklājumu biezuma diapazonā no 0,2 mm līdz 3,00 mm. Šis process ir piemērots sarežģītu formu vadītāju izolēšanai, panākot labu virsmas pārklājumu un blīvējumu. Tomēr, tā kā ir grūti kontrolēt izolācijas konsekvenci pie vadītāju malām un asiem stūriem, to parasti neizmanto augstas-precizitātes laminētu kopņu sistēmās, piemēram, prasīgos lietojumos, piemēram, pielāgota vara invertora laminētā kopne elektroinstalācijai.

 

Kopumā laminēto kopņu kā tipisku laminētu kopņu pasīvo elektronisko komponentu veiktspēja ir ļoti atkarīga no izolācijas materiālu izvēles un konstrukcijas. Atbilstoši saskaņojot elastīgus un stingrus izolācijas materiālus un ņemot vērā konkrētus pielietojuma scenārijus (piemēram,Laminētas kopnes sarežģītām kopņu instalācijām), var panākt lielāku jaudas blīvumu un sistēmas integrāciju, vienlaikus nodrošinot elektrisko drošību.