Ανάλυση τάσεων και εφαρμογών στην τεχνολογία Laminated Busbar: Λύσεις σύνδεσης χαμηλής-επαγωγής για ηλεκτρικά συστήματα υψηλής ισχύος-

 

Με την ταχεία ανάπτυξη τομέων όπως τα νέα ενεργειακά οχήματα (NEV), τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, τα βιομηχανικά τροφοδοτικά και τα έξυπνα δίκτυα, ο εξοπλισμός ηλεκτρονικών ισχύος εξελίσσεται προς υψηλότερες πυκνότητες ισχύος, υψηλότερες ονομασίες τάσης και πιο συμπαγείς δομές. Σε αυτό το πλαίσιο, οι παραδοσιακές συνδέσεις καλωδίων και οι τυπικές δομές χάλκινων ζυγών ολοένα και περισσότερο δεν μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις των εφαρμογών που περιλαμβάνουν μεταγωγή υψηλής-ταχύτητας, λειτουργία υψηλής-συχνότητας και πολύπλοκα περιβάλλοντα διαχείρισης θερμότητας.

 

Ως προηγμένο εξάρτημα ηλεκτρικής διασύνδεσης, ο πολυστρωματικός δίαυλος-που σχηματίζεται με την πλαστικοποίηση πολλαπλών στρωμάτων αγωγών και μονωτικών υλικών σε μια ενσωματωμένη δομή-μειώνει αποτελεσματικά την παρασιτική επαγωγή στον βρόχο ρεύματος και ενισχύει την ταχύτητα απόκρισης του συστήματος και τη λειτουργική σταθερότητα. Επί του παρόντος, αυτή η τεχνολογία εφαρμόζεται ευρέως σε συστήματα ηλεκτροκίνησης NEV, μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας, βιομηχανικούς μετατροπείς, σιδηροδρομικές μεταφορές και συστήματα τροφοδοσίας υψηλής απόδοσης-.

 

Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους σύνδεσης, το πρωταρχικό πλεονέκτημα των πολυστρωματικών ζυγών έγκειται στη βελτιστοποίηση των διαδρομών μετάδοσης ρεύματος. Με τη στενή στοίβαξη θετικών και αρνητικών αγωγών (ή αγωγών σε διαφορετικά δυναμικά), η περιοχή του βρόχου ρεύματος ελαχιστοποιείται. Αυτό επιτρέπει στα μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από ρεύματα που ρέουν σε αντίθετες κατευθύνσεις να αλληλοεξουδετερώνονται, μειώνοντας έτσι την αδέσποτη επαγωγή. Αυτό είναι ιδιαίτερα κρίσιμο για συστήματα που χρησιμοποιούν συσκευές υψηλής-ταχύτητας ισχύος, όπως IGBT και SiC MOSFET, καθώς μειώνει αποτελεσματικά τις αιχμές τάσης κατά τη μεταγωγή και βελτιώνει την αξιοπιστία του εξοπλισμού.

 

Στον τομέα NEV, η συνεχής αναβάθμιση των πλατφορμών υψηλής{{0}τάσης απαιτεί τα εξαρτήματα ηλεκτρικής διασύνδεσης να ανταποκρίνονται ταυτόχρονα στις απαιτήσεις για φέρουσα ικανότητα-υψηλού ρεύματος, ελαφρύ σχεδιασμό και βελτιστοποίηση χώρου. Για παράδειγμα, ο δίαυλος Μονάδας Διανομής Ισχύος (PDU) σε συστήματα μπαταριών υψηλής{3}τάσης πρέπει να χειρίζεται την κατανομή ισχύος, τις προστατευτικές συνδέσεις και την αξιόπιστη αγωγιμότητα του ρεύματος, θέτοντας υψηλότερες απαιτήσεις στις ιδιότητες του υλικού και στον δομικό σχεδιασμό.

 

Κοιτάζοντας το μέλλον, με την ανάπτυξη πλατφορμών 800V και υψηλότερης τάσης, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί θα διαδραματίζουν ολοένα και πιο κεντρικό ρόλο στα νέα ενεργειακά συστήματα μετάδοσης κίνησης.
 

 

Οι ελασματοποιημένοι ζυγοί αποτελούνται συνήθως από αγώγιμα στρώματα, μονωτικά στρώματα και προστατευτικά στρώματα. Οι αγωγοί κατασκευάζονται κυρίως από υψηλής αγωγιμότητας χαλκό ή αλουμίνιο, ενώ μονωτικά υλικά-όπως PET, PI ή εποξειδική ρητίνη-επιλέγονται με βάση τις ονομαστικές τιμές τάσης, τα θερμικά περιβάλλοντα και τις συγκεκριμένες απαιτήσεις εφαρμογής.

 

Η διαδικασία κατασκευής περιλαμβάνει γενικά σφράγιση ακριβείας, κάμψη, επιφανειακή επεξεργασία, πλαστικοποίηση μόνωσης και χύτευση τελικής πλαστικοποίησης. Με τον ακριβή έλεγχο της απόστασης μεταξύ των στρωμάτων και των δομικών διαστάσεων, μπορεί να επιτευχθεί χαμηλή-επαγωγή και εξαιρετικά αξιόπιστη μετάδοση ισχύος.

 

Στα συστήματα τροφοδοσίας με μεταγωγή υψηλής ταχύτητας-, η επαγωγή επηρεάζει άμεσα την απόδοση των εξαρτημάτων ισχύος. Η υπερβολική αυτεπαγωγή του βρόχου μπορεί να οδηγήσει σε αιχμές υψηλής τάσης κατά τη διάρκεια των μεταβατικών περιόδων μεταγωγής, θέτοντας σε κίνδυνο την ασφαλή λειτουργία των εξαρτημάτων. Κατά συνέπεια, ο σχεδιασμός χαμηλής-επαγωγής είναι μια κρίσιμη τεχνική προδιαγραφή για πολυστρωματικούς διαύλους.

 

Για εφαρμογές μετάδοσης κίνησης υψηλής-ταχύτητας στον βιομηχανικό αυτοματισμό, οι πολυστρωματικές ράβδοι που έχουν σχεδιαστεί για μονάδες μεταβλητής συχνότητας (VFD) βελτιστοποιούν τη διάταξη του αγωγού για να μειώσουν το μήκος βρόχου ρεύματος, ενισχύοντας έτσι τη λειτουργική απόδοση του συστήματος μεταβλητής συχνότητας.

 

Εκτός από τη μείωση της επαγωγής, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί προσφέρουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

 

Πρώτον, βελτιώνουν τη χρήση του χώρου. Οι παραδοσιακές πλεξούδες καλωδίωσης απαιτούν σημαντικό χώρο δρομολόγησης, ενώ η πολυστρωματική δομή ενσωματώνει πολλαπλές αγώγιμες διαδρομές σε ένα συμπαγές αποτύπωμα, επιτρέποντας πιο συμπαγή σχέδια εξοπλισμού.

 

Δεύτερον, ενισχύουν τις δυνατότητες θερμικής διαχείρισης. Οι χάλκινοι αγωγοί-μεγάλης επιφάνειας-μειώνουν την τοπική πυκνότητα ρεύματος και την αύξηση της θερμοκρασίας, βελτιώνοντας τη μακροπρόθεσμη{3}}λειτουργική σταθερότητα.

 

Τρίτον, αυξάνουν την αξιοπιστία της συναρμολόγησης. Η ενσωματωμένη δομή ελαχιστοποιεί τον αριθμό των σημείων σύνδεσης, μειώνοντας τον κίνδυνο αστοχιών που προκαλούνται από παράγοντες όπως χαλαρά μπουλόνια ή οξείδωση επαφής.

 

Στον τομέα των υπολογιστών υψηλής-απόδοσης, τα συστήματα ισχύος πρέπει να υποστηρίζουν παροχή υψηλής-ταχύτητας, υψηλής-ρεύματος. Έτσι, οι πολυστρωματικές ράβδοι διαύλου που έχουν σχεδιαστεί για πλακέτες κυκλωμάτων υπερυπολογιστών ή backplanes πληρούν τις απαιτήσεις για συμπαγείς, εξαιρετικά αξιόπιστες συνδέσεις ισχύος σε διακομιστές και πλατφόρμες υπολογιστών.

 

 

 

Επί του παρόντος, η αυξανόμενη ζήτηση για πλαστικοποιημένους διαύλους οφείλεται κυρίως σε τομείς όπως τα νέα ενεργειακά οχήματα (NEV), τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας, οι βιομηχανικοί μετατροπείς και τα κέντρα δεδομένων.

 

Τα πακέτα μπαταριών, οι ελεγκτές κινητήρων και τα συστήματα διανομής ισχύος υψηλής{0}τάσης στα NEV απαιτούν σταθερές και αξιόπιστες δομές μετάδοσης ισχύος. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές συνδέσεις χάλκινων καλωδίων, οι πολυστρωματικές ράβδοι μειώνουν το βάρος και βελτιώνουν τη χρήση του χώρου, διασφαλίζοντας παράλληλα αξιόπιστη λειτουργία κάτω από τις επιρρεπείς κραδασμούς-συνθήκες τυπικές για περιβάλλοντα οχημάτων.

 

Στα συστήματα ελέγχου κινητήρα, οι ζυγοί ελεγκτή κινητήρα διαχειρίζονται συνδέσεις υψηλού ρεύματος μεταξύ των μονάδων ισχύος, απαιτώντας χαμηλή αντίσταση, χαμηλή επαγωγή και εξαιρετική απαγωγή θερμότητας. Καθώς η ισχύς εξόδου των NEV αυξάνεται, αυτές οι εφαρμογές θέτουν ολοένα και πιο αυστηρές απαιτήσεις στο σχεδιασμό της μπάρας.

 

Η ανάπτυξη της βιομηχανίας αποθήκευσης ενέργειας οδήγησε επίσης σε τεχνολογικές αναβαθμίσεις για πλαστικοποιημένες ράβδους ζυγών. Τα-συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης κλίμακας-που περιλαμβάνουν συστάδες μπαταριών, μονάδες μετατροπής ισχύος και μονάδες ελέγχου-απαιτούν εξαιρετικά αξιόπιστες δομές διανομής ισχύος. Η βελτιστοποίηση της πολυστρωματικής σχεδίασης συμβάλλει στη μείωση των απωλειών του συστήματος και στη βελτίωση της απόδοσης μετατροπής ενέργειας.

 

Στον τομέα της τηλεπικοινωνιακής υποδομής, οι αυξανόμενες απαιτήσεις ισχύος των σταθμών βάσης 5G και του εξοπλισμού υπολογιστών αιχμής έχουν καταστήσει τις δομές διανομής ισχύος υψηλής πυκνότητας βασική εστίαση. Οι πολυστρωματικές ράβδοι διαύλου που έχουν σχεδιαστεί για διανομή ισχύος κυψελωτού σταθμού βάσης επιτρέπουν πιο σταθερές και συμπαγείς διατάξεις ισχύος στον τηλεπικοινωνιακό εξοπλισμό.

 

Εν τω μεταξύ, τα κέντρα δεδομένων θέτουν νέες απαιτήσεις για διανομή ισχύος υψηλής-πυκνότητας ισχύος-. Δεδομένου του περιορισμένου χώρου μέσα στα rack server, υπάρχει ανάγκη για αποτελεσματικές, ασφαλείς και αξιόπιστες λύσεις σύνδεσης ρεύματος. Κατά συνέπεια,πολυστρωματικές ράβδους για διανομή ισχύος σε rack-γίνονται ολοένα και περισσότερο ένα ζωτικό συστατικό των σύγχρονων συστημάτων ισχύος κέντρων δεδομένων.