Laminated BusBars Stray Inductance Optimization Οδηγός: Πώς να μειώσετε τις αιχμές τάσης και τις απώλειες μεταγωγής σε μετατροπείς SiC

Κατά τη μετάβαση των ηλεκτρονικών συστημάτων ισχύος από τα παραδοσιακά IGBT πυριτίου σε συσκευές καρβιδίου του πυριτίου (SiC), προέκυψε σταδιακά ένα βασικό ζήτημα: οι συσκευές SiC έχουν εξαιρετικά γρήγορες ταχύτητες μεταγωγής, αλλά η αδέσποτη επαγωγή στο σύστημα μπορεί να εμποδίσει σοβαρά την απόδοση. Οι αιχμές τάσης και οι ταλαντώσεις υψηλής-συχνότητας που προκαλούνται από την αδέσποτη επαγωγή όχι μόνο απειλούν την ασφάλεια της συσκευής αλλά και μειώνουν σημαντικά τα πλεονεκτήματα απόδοσης του SiC. Οι πολυστρωματικές μπάρες υψηλής πυκνότητας-είναι η βασική δομική λύση για την αντιμετώπιση αυτού του στενώματος. Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει γιατί οι Laminated Busbars μπορούν να μειώσουν την επαγωγή και πώς να τις επιλέξουν σε πρακτικές εφαρμογές.

I. Ενώ οι συσκευές SiC είναι πιο γρήγορες, η αδέσποτη αυτεπαγωγή γίνεται σημαντικό εμπόδιο.

Τα SiC MOSFET αλλάζουν σε ταχύτητες περισσότερες από δέκα φορές μεγαλύτερες από τις συσκευές πυριτίου, με αποτέλεσμα υψηλότερη πυκνότητα ισχύος και απόδοση. Ωστόσο, η άλλη όψη του νομίσματος είναι ότι η ταχύτερη εναλλαγή οδηγεί σε υψηλότερο ρυθμό μεταβολής του ρεύματος (di/dt). Σύμφωνα με τον τύπο V=L × di/dt, ακόμη και μια αδέσποτη επαγωγή λίγων μόνο νανοενριών μπορεί να δημιουργήσει αιχμές τάσης εκατοντάδων βολτ σε όλη τη συσκευή. Αυτές οι αιχμές υπερτίθενται στην τάση του διαύλου και αν υπερβούν το όριο τάσης αντοχής της συσκευής, θα σπάσουν και θα καούν.

Το πιο προβληματικό είναι ότι η αδέσποτη επαγωγή μπορεί επίσης να συντονίζεται με την χωρητικότητα εξόδου των συσκευών SiC, δημιουργώντας ταλαντώσεις υψηλής{{0} συχνότητας (κουδούνισμα). Αυτή η ταλάντωση αυξάνει τις απώλειες μεταγωγής και προκαλεί τη θέρμανση της συσκευής και επίσης δημιουργεί σοβαρές ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, εμποδίζοντας το σύστημα να περάσει την πιστοποίηση EMC. Για ασφάλεια, οι μηχανικοί συχνά πρέπει να συμβιβάζονται: είτε να επιλέγουν μονάδες με υψηλότερη τάση αντοχής (αυξάνοντας το κόστος και τις απώλειες) είτε να αυξάνουν την αντίσταση της πύλης για να επιβραδύνουν την ταχύτητα μεταγωγής (με άμεση σπατάλη του πλεονεκτήματος υψηλής-συχνότητας του SiC). Η εμφάνιση ράβδων ζυγών με ελασματοποίηση τριών -στρώσεων στοχεύει στην εξάλειψη αυτού του προβλήματος σε δομικό επίπεδο.

II. Γιατί μια πολυστρωματική ράβδος σε έναν μετατροπέα υψηλής- ισχύος μειώνει την επαγωγή;

Οι παραδοσιακοί ζυγοί έχουν δύο ξεχωριστούς αγωγούς, με ρεύματα προς τα εμπρός και προς τα πίσω σε μεγάλη απόσταση μεταξύ τους. Τα μαγνητικά πεδία που δημιουργούν δεν μπορούν να αλληλοεξουδετερωθούν, με αποτέλεσμα την υψηλή αδέσποτη επαγωγή. Η βασική ιδέα μιας πολυστρωματικής ράβδου ζυγού σε έναν μετατροπέα υψηλής ισχύος-είναι η στοίβαξη των αγωγών προς τα εμπρός και προς τα πίσω, ώστε να λειτουργούν πολύ κοντά μεταξύ τους. Οι κατευθύνσεις του ρεύματος είναι αντίθετες και οι κατευθύνσεις του μαγνητικού πεδίου είναι επίσης αντίθετες. τα δύο μαγνητικά πεδία αλληλοεξουδετερώνονται, μειώνοντας την αδέσποτη επαγωγή στο ένα-ένα δέκατο ή ακόμη λιγότερο των παραδοσιακών λύσεων.

Από την άποψη της ταξινόμησης προϊόντων, οι πολυστρωματικές ράβδοι διαύλου δεν είναι συνηθισμένες αγώγιμες ράβδοι ζυγών, αλλά μάλλον εξαρτήματα παθητικής ισχύος με επακριβώς σχεδιασμένη δομή. Ανάλογα με τον αριθμό των στρωμάτων, οι κοινές δομές περιλαμβάνουν τρία, τέσσερα ή και πέντε στρώματα. Όσο περισσότερα στρώματα, τόσο πιο συμπαγής είναι η διαδρομή ρεύματος και τόσο χαμηλότερη είναι η επαγωγή. Ως βασικό στοιχείο σύνδεσης στον μετατροπέα, η τιμή αυτεπαγωγής του καθορίζει άμεσα το ανώτερο όριο της δυναμικής απόδοσης ολόκληρου του μετατροπέα.

III. Πώς να επιλέξετε Laminated Bus Bars για διαφορετικά σενάρια εφαρμογής;

Η βασική λογική για την επιλογή είναι: πρώτα λάβετε υπόψη το επίπεδο τάσης, μετά την τρέχουσα χωρητικότητα και τέλος τον χώρο εγκατάστασης.

Τα νέα ενεργειακά οχήματα είναι αυτή τη στιγμή ο ταχύτερα αναπτυσσόμενος-περιοχή εφαρμογής για πολυστρωματικές ράβδους λεωφορείων. Οι πλαστικοποιημένες ράβδοι λεωφορείων για ηλεκτρικά αυτοκίνητα πρέπει να μεταφέρουν εκατοντάδες αμπέρ ρεύματος σε έναν πολύ μικρό χώρο, ενώ πληρούν τις απαιτήσεις του αυτοκινήτου-του βαθμού δόνησης και της θερμοκρασίας. Χρησιμοποιούν συνήθως σύνθετες δομές πολλαπλών{4} επιπέδων για την εξισορρόπηση της χαμηλής επαγωγής και της υψηλής αξιοπιστίας.

Ο τομέας των σιδηροδρομικών μεταφορών έχει εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις ασφάλειας. Οι πολυστρωματικές ράβδοι λεωφορείων του μετρό πρέπει να πληρούν αυστηρά πρότυπα για αντιεκρηκτική-αντοχή, αντιπυρική-αντοχή και αντιδιαβρωτική-προστασία, ενώ ελέγχονται οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές στο κλειστό περιβάλλον των υπόγειων σηράγγων. Ως εκ τούτου, συχνά επιλέγονται προϊόντα με προστατευτικό σχεδιασμό, όπως οι μπάρες υψηλής τάσης έκρηξης-Proof Inverter Busbars.

Για πολύπλοκες τοπολογίες όπως οι μετατροπείς τριών-επιπέδων, οι πολυεπίπεδες ράβδοι διαύλου για τους μετατροπείς τριών-επιπέδων πρέπει να ενσωματώνουν πολλαπλούς θετικούς και αρνητικούς διαύλους σε μία ράβδο ζυγού, με αποτέλεσμα υψηλότερη δομική πολυπλοκότητα και πιο αυστηρές απαιτήσεις για μόνωση και ακρίβεια ευθυγράμμισης των ενδιάμεσων στρωμάτων. Οι πολυστρωματικές ράβδοι διαύλων για σύνθετες εγκαταστάσεις Busbar έχουν σχεδιαστεί για βιομηχανικούς μετατροπείς συχνότητας, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας και άλλες εφαρμογές και υποστηρίζουν προσαρμοσμένα σχέδια πολλαπλών-κλάδων.