Laminētas kopnes projektēšanas rokasgrāmata: izkliedētās induktivitātes samazināšana lielas jaudas{0}}invertoros

Laminētas kopnes samazina invertora pārslēgšanas cilpas induktivitāti, integrējot pozitīvos un negatīvos vadītājus kompaktā slāņveida struktūrā ar kontrolētu dielektrisko atstarpi. SiC un IGBT jaudas moduļiem pareizi izstrādāta laminēta kopne var sasniegt izkliedes induktivitāti zem 10nH, samazinot sprieguma pārsniegumu augstas-frekvences pārslēgšanas laikā.

 

Xiamen Apollo Technology ražo pēc pasūtījuma laminētas kopnes, izmantojot C1100 tīru varu, precīzu štancēšanu, molekulārās difūzijas metināšanu un daudzslāņu karstās presēšanas procesus. Elektriskā veiktspēja tiek pārbaudīta, izmantojot CMM pārbaudi, dielektriskās izturības testu un PPAP 3. līmeņa dokumentāciju automobiļu un enerģijas uzglabāšanas lietojumiem.

 

 

 

Mūsdienu EV vilces invertori un ESS jaudas pārveidošanas sistēmas arvien vairāk izmanto SiC MOSFET un ātrgaitas{0}}IGBT moduļus. Šīs ierīces pārslēdzas augstākās frekvencēs ar īsākiem pieauguma laikiem, padarot parazitāro induktivitāti līdzstrāvas posma struktūrā par tiešu faktoru, kas ietekmē sprieguma lēcienus un pusvadītāju uzticamību.

 

Attiecība starp izkliedētu induktivitāti un pārslēgšanas sprieguma pārsniegumu ir šāda:

ΔV=L × di/dt

Kur:

ΔV=sprieguma pārsniegums

L=pašreizējās cilpas izkliedētā induktivitāte

di/dt=pašreizējais pārslēgšanās ātrums

800 V EV invertoram, kas darbojas ar SiC moduļiem:

 

Parametrs	Parastā kopne	Laminētas kopnes dizains
Līdzstrāvas posma induktivitāte	50-150nH	<10nH
Attālums starp vadītājiem	5-15 mm	0,1-1mm dielektriskais slānis
Pašreizējais ceļš	Atdaliet pozitīvās/negatīvās joslas	Paralēli laminēta struktūra
Magnētiskā lauka atcelšana	Ierobežots	Optimizēts
Pārslēgšanās sprieguma pārsniegums	Augstāks	Samazināts

 

Laminētā struktūra novieto pozitīvos un negatīvos vadītājus tuvu. Pretēji strāvas virzieni rada pretējus magnētiskos laukus, samazinot ārējo magnētisko plūsmu un pazeminot cilpas induktivitāti.

 

1.1 Magnētiskā lauka atcelšanas princips ar vara slāņa optimizāciju

Laminētas kopnes dizains ir atkarīgs no:

Vara biezuma izvēle

Slāņu izkārtojums

Dielektriskais biezums

Termināla pozīcija

Strāvas sadalījuma simetrija

 

Tipiski EV invertora laminētās kopnes parametri:

Vara materiāls: C1100 elektrolītiski izturīgs piķa varš

Vadītspēja: lielāka vai vienāda ar 99% IACS

Vara biezums: 0,5-5 mm

Plakanuma pielaide: mazāka vai vienāda ar 0,05 mm

Termināla pozīcijas pielaide: ±0,1 mm

Virsmas apstrāde: niķelēšana/alvas pārklāšana

Nevienmērīga vadītāja ģeometrija rada lokālu strāvas koncentrāciju, palielinot gan pretestību, gan elektromagnētiskos traucējumus.

 

 

 

Vadītāja materiāls tieši nosaka strāvas-nešanas spēju, termisko veiktspēju un ilgtermiņa{1}}uzticamību.

 

EV invertoru un ESS lietojumos priekšroka tiek dota tīram vara, jo tam ir augstāka elektrovadītspēja un zemāka džoula sildīšana.

 

Materiāls īpašums	C1100 Pure Copper	C2680 Misiņš
Vara saturs	Lielāks vai vienāds ar 99,90%	60-65%
Vadītspēja	Lielāks vai vienāds ar 99% IACS	26-30% IACS
Pretestība	0,0172 Ω·mm²/m	Augstāks
Siltumvadītspēja	~390 W/m·K	~120 W/m·K
Tipisks pielietojums	Strāvas kopne, invertora līdzstrāvas saite	Mehāniskās spailes, savienotāji
Strāvas nestspēja	Augsts	Vidēja

 

C1100 varš ir izvēlēts:

EV akumulatoru kopnes

SiC invertora līdzstrāvas posma mezgli

Enerģijas uzglabāšanas PCS savienojumi

Uzlādes kaudzes jaudas moduļi

C2680 misiņš galvenokārt tiek izmantots tur, kur prioritāte ir mehāniskā izturība un formēšanas veiktspēja.

 

2.1. Precīzijas štancēšanas un formēšanas kontrole saskaņā ar IATF 16949 prasībām

Augstas-strāvas laminētām kopnēm bieži ir nepieciešama sarežģīta spaiļu ģeometrija, tostarp:

90 grādu locīšana
Termināla caurumi
Pozicionēšanas sloti
Nospiediet-ietilpināt struktūras
In-die kniedēšanas punkti

 

Ražošanas parametri:

Progresīvās štancēšanas pielaide: ±0,01 mm
Burbu augstuma kontrole: mazāks par vai vienāds ar 10% materiāla biezuma
Instrumenta kalpošanas laika uzraudzība: lielāks vai vienāds ar 500 000 štancēšanas cikliem
CMM izmēru pārbaude: 100% kritiskajiem izmēriem

In-die kniedēšana integrē mehānisko stiprinājumu štancēšanas procesā, samazinot montāžas variācijas un uzlabojot ražošanas konsistenci.

 

Pieprasiet bezmaksas DFM novērtējumu un piedāvājumu

 

 

Dielektriskais slānis nosaka laminēto kopņu izolācijas uzticamību, termisko izturību un mehānisko stabilitāti.

 

Lieljaudas{0}}invertora kopnei jāuztur izolācijas veiktspēja šādos apstākļos:

Termiskā riteņbraukšana

Augstsprieguma komutācija

Mehāniskā vibrācija

Mitruma iedarbība

Populāri izolācijas materiāli:

 

Izolācijas materiāls	Temperatūras novērtējums	Dielektriskā izturība	Tipisks pielietojums
Kaptona poliimīda plēve	269 ​​grādi līdz 400 grādiem	>200kV/mm	SiC invertora augstas temperatūras zonas
PET plēve	-40 līdz 150 grādiem	150-250kV/mm	Standarta EV barošanas moduļi
Nomex papīrs	Līdz 220 grādiem	Augsta termiskā pretestība	ESS un rūpnieciskās energosistēmas

 

3.1. Epoksīda pulvera pārklājums salīdzinājumā ar plēves izolāciju laminētām kopnēm

 

Parametrs	Epoksīda pulvera pārklājums	Poliimīda/PET plēve
Pārklājuma biezums	100-500μm	25-125μm
Dielektriskā izturība	>15kV/mm	>150kV/mm
Temperatūras izturība	120-180 grādi	150-400 grādi
Biezuma kontrole	Vidēja	Augsts
Pieteikums	Sarežģītas 3D daļas	Precīzi laminētas konstrukcijas

 

EV invertora laminētajām kopnēm plānās kārtiņas izolācija nodrošina mazāku dielektrisko atstarpi, uzlabojot elektromagnētisko veiktspēju.

 

Nepieciešamās kvalitātes kontroles:

Izolācijas biezuma mērīšana

Augstsprieguma izturības pārbaude

Daļējas izlādes pārbaude

Adhēzijas pārbaude

Termiskās novecošanas tests

 

Tipiski validācijas standarti:

IEC 60664 izolācijas koordinācija

UL 94 V-0 liesmas reitings

ISO 16750 automobiļu vides testēšana

 

 

 

Daudzslāņu laminētām kopnēm ir nepieciešama kontrolēta termiskā saite starp vara vadītājiem un izolācijas materiāliem.

 

Ražošanas secībā ietilpst:

Vara lokšņu griešana un štancēšana

Atkritumu noņemšana un virsmu tīrīšana

Apšuvuma apstrāde

Izolācijas plēves pozicionēšana

Vakuuma karstā presēšana

Termināļu apstrāde

Elektriskā pārbaude

 

4.1. Karstās presēšanas procesa parametri automobiļu kvalitātes ražošanai

Tipiski ražošanas parametri:

 

Procesa parametrs	Kontroles diapazons
Nospiediet temperatūru	150-220 grādi
Nospiediet spiedienu	2-8MPa
Slāņu izlīdzināšanas pielaide	±0,1 mm
Plakanums	Mazāks vai vienāds ar 0,05 mm
Savienojuma spēks	Saskaņā ar materiāla specifikāciju
Ražošanas apstiprināšana	PPAP 3. līmenis

 

Slikta laminēšanas kontrole var izraisīt:

Gaisa tukšumu veidošanās

Daļējas izlādes vietas

Izolācijas pārrāvums

Slāņa nobīde

Vakuuma karstā presēšana noņem starp vara un dielektrisko slāņiem iesprostoto gaisu, uzlabojot{0}}ilgtermiņa elektrisko uzticamību.

 

 

Stipras-strāvas spailēm ir nepieciešami zemas-pretestības savienojumi, kas spēj izturēt atkārtotu termisko ciklu.

Kopējās savienošanas metodes ietver lāzermetināšanu un pretestības sudraba lodēšanu.

 

Metināšanas metode	Lāzermetināšana Cu{0}}Al	Sudraba cietlodēšana
Siltuma{0}}ietekmētā zona	Mazs	Lielāks
Locītavu spēks	Augsts	Augsts
Elektriskā pretestība	Zems	Ļoti zems
Ražošanas ātrums	Augsts	Vidēja
Piemēroti materiāli	Vara, alumīnija kombinācijas	Vara spailes
Automobiļu lietojumprogramma	Akumulatoru moduļi, invertora spailes	Augstas{0}}strāvas kontaktu komplekti

 

Vara{0}}alumīnija savienojumiem:

Lāzermetināšanas parametriem jākontrolē porainība

Staru enerģijas blīvums prasa optimizāciju

Nepieciešama šķērsgriezuma pārbaude-

 

Sudraba lodēšanai:

Lodēšanas sakausējuma izvēle ietekmē vadītspēju

Jākontrolē savienojuma atstarpe

Metalurģiskās savienošanas kvalitātei nepieciešama mikroskopiskā pārbaude

 

Kvalitātes pārbaude ietver:

Metināto šuvju{0}}šķērsgriezuma analīze

Stiepes izturības pārbaude

Elektriskās pretestības mērīšana

Termiskā cikla apstiprināšana

 

 

 

Automobiļu laminētajām kopnēm ir nepieciešami kontrolēti ražošanas procesi no prototipa apstiprināšanas līdz masveida ražošanai.

Xiamen Apollo piemēro:

 

6.1. Izmēru pārbaude saskaņā ar ±0,01 mm pielaides prasībām

 

Pārbaudes aprīkojums:

CMM koordinātu mērīšanas mašīna

Optiskā mērīšanas sistēma

Biezuma mērītājs

Virsmas raupjuma testeris

 

Kritiskie izmēri:

Termināla cauruma pozīcija

Vara slāņa izlīdzināšana

Izolācijas klīrenss

Montāžas interfeiss

 

6.2. Elektriskā un uzticamības pārbaude

 

Testēšanas iespējas ietver:

 

Pārbaudes vienums	Standarts / prasība
Dielektriskās izturības pārbaude	>15kV/mm izolācijas spēja
Līdzstrāvas pretestības pārbaude	Mikro-omu līmeņa mērīšana
Termiskā riteņbraukšana	ISO 16750
Sāls aerosols	ISO 9227
Pārraušanas spiediena pārbaude	Integrētām dzesēšanas konstrukcijām
PPAP dokumentācija	3. līmenis

 

Kvalitātes komplektā ietilpst:

Procesa plūsmas diagramma

PFMEA

Kontroles plāns

MSA

SPC dati

Materiālu sertifikāti

 

 

Lieljaudas{0}}invertora laminētajām kopnēm ir nepieciešama vienlaicīga elektrisko, termisko, mehānisko un ražošanas parametru kontrole. Zemas induktivitātes struktūra zem 10nH ir atkarīga no vadītāja simetrijas, dielektriskā biezuma kontroles, vara materiāla izvēles un precīzas laminēšanas procesiem.

 

EV, ESS un fotoelementu enerģijas pārveidošanas sistēmām Xiamen Apollo nodrošinapielāgota laminēta kopneražošana no DFM analīzes, instrumentu izstrāde, štancēšana, metināšana, izolācijas laminēšana, pārbaude un PPAP 3. līmeņa piegāde.

 

 

1. Kāds ir tipiskais PPAP 3. līmeņa piegādes laiks pielāgotām laminētām kopnēm?

PPAP 3. līmeņa piegādei parasti nepieciešamas 4–8 nedēļas pēc instrumentu apstiprināšanas, tostarp izmēru apstiprināšanas, materiāla verifikācijas un ražošanas dokumentācijas.

 

2. Vai laminēto kopņu ražotāji var garantēt veidņu kalpošanas laiku automobiļu ražošanā?

Jā. Progresīvās štancēšanas presformas tiek uzraudzītas, izmantojot profilaktiskās apkopes plānus, un parasti tās ir paredzētas vairāk nekā 500 000 štancēšanas cikliem.

 

3. Kā tiek pārbaudīts izolācijas biezums uz laminētām kopnēm?

Izolācijas biezumu pārbauda, ​​veicot biezuma mērījumus, dielektriskās izturības testus un elektriskās izolācijas validāciju saskaņā ar IEC standartiem.