Οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί σε Φ/Β-συν-Αποθήκευση και Υψηλή-Ηλεκτρονικά Συστήματα Ισχύος: Τάσεις στη σχεδίαση χαμηλής αδέσποτης επαγωγής και αξιοπιστίας

Καθώς τα ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος-όπως αυτά για την παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας, τους μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας, τα ηλεκτρικά οχήματα και τη σιδηροδρομική μεταφορά- εξελίσσονται προς υψηλότερες πυκνότητες ισχύος και υψηλότερες συχνότητες μεταγωγής, οι ταχύτητες μεταγωγής των συσκευών ισχύος έχουν αυξηθεί. Κατά συνέπεια, ο αντίκτυπος των εσωτερικών παρασιτικών παραμέτρων στη λειτουργική απόδοση γίνεται όλο και πιο σημαντικός. Σε αυτό το πλαίσιο, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί έχουν εξελιχθεί από απλούς συνδέσμους για μετάδοση ισχύος σε κρίσιμα δομικά στοιχεία που επηρεάζουν την επαγωγή του βρόχου ισχύος, την υπέρβαση τάσης, τη θερμική διαχείριση και την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC).

 

Στους παραδοσιακούς μετατροπείς ισχύος, οι ζυγοί χρησιμεύουν κυρίως για τη μετάδοση ισχύος DC και την παροχή ηλεκτρικών συνδέσεων μεταξύ διαφόρων μονάδων ισχύος. Ωστόσο, όταν τα συστήματα χρησιμοποιούν συσκευές υψηλής{1}ταχύτητας ισχύος, όπως συσκευές IGBT, SiC MOSFET ή GaN, τα υψηλά di/dt και dv/dt που δημιουργούνται κατά τη διάρκεια των μεταβατικών φαινομένων μεταγωγής ενισχύουν τα αποτελέσματα των παρασιτικών παραμέτρων εντός του βρόχου ισχύος. Εάν η δομή του ζυγού είναι κακώς σχεδιασμένη, η σημαντική αυτεπαγωγή του βρόχου μπορεί να οδηγήσει σε έντονη υπέρβαση τάσης και ταλάντωση υψηλής-συχνότητας κατά τη μεταγωγή. Αυτό αυξάνει την τάση τάσης στις συσκευές και δημιουργεί πρόσθετες απαιτήσεις στον έλεγχο EMI του συστήματος.

 

Επομένως, στον εξοπλισμό μετατροπής υψηλής ισχύος-, η επιλογή ζυγών δεν μπορεί πλέον να βασίζεται αποκλειστικά στην τρέχουσα χωρητικότητα-μεταφοράς. Πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη παράγοντες όπως η ηλεκτρική τοπολογία, η περιοχή βρόχου, η μόνωση μεταξύ των στρωμάτων, η θερμική αγωγιμότητα, η μηχανική τοποθέτηση και η κατανομή ρεύματος υψηλής συχνότητας-. Οι δομές χαμηλής-επαγωγής έχουν γίνει βασικός άξονας στο σχεδιασμό διασύνδεσης ισχύος, ιδιαίτερα για εφαρμογές μεταγωγής υψηλής-ταχύτητας.
 

 

 

Οι ελασματοποιημένοι ζυγοί σχηματίζονται τυπικά με στοίβαξη, τοποθέτηση και πλαστικοποίηση δύο ή περισσότερων αγώγιμων μεταλλικών πλακών με μονωτικά διηλεκτρικά στρώματα σε μια συγκεκριμένη διαμόρφωση. Τα κοινά υλικά αγωγών περιλαμβάνουν χαλκό και κράματα χαλκού, αν και υλικά όπως το αλουμίνιο μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανάλογα με το βάρος, το κόστος και τις τρέχουσες απαιτήσεις μεταφοράς-. Τα μονωτικά υλικά ενδιάμεσης στρώσης πρέπει να πληρούν αυστηρές απαιτήσεις σχετικά με τη διηλεκτρική αντοχή, τη θερμοκρασία, τη μηχανική σταθερότητα και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία.

 

Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές διακριτές χάλκινες ράβδους, το κύριο πλεονέκτημα της πολυστρωματικής δομής είναι η ικανότητά της να τοποθετεί αγώγιμες διαδρομές αντίθετης πολικότητας ή διαφορετικών δυναμικών σε γειτνίαση. Όταν ρεύματα που ρέουν σε αντίθετες κατευθύνσεις διέρχονται από παρακείμενους αγωγούς, τα αντίστοιχα μαγνητικά τους πεδία αλληλοεξουδετερώνονται μερικώς, μειώνοντας έτσι την ενέργεια του ενεργού μαγνητικού πεδίου και την παρασιτική επαγωγή του βρόχου μεταγωγής.

 

Για μετατροπείς υψηλής ισχύος-, αυτή η δομή είναι ιδιαίτερα κατάλληλη-για την ελαχιστοποίηση της τρέχουσας διαδρομής εναλλαγής μεταξύ του διαύλου DC και των μονάδων ισχύος. Με τον κατάλληλο σχεδιασμό, ένας δίαυλος όχι μόνο διευκολύνει τη μετάδοση υψηλής-ρεύματος, αλλά μειώνει επίσης την περιοχή του βρόχου μεταγωγής υψηλής-συχνότητας σε δομικό επίπεδο, δημιουργώντας έτσι πιο σταθερές συνθήκες λειτουργίας για συσκευές υψηλής-ταχύτητας ισχύος.

 

Οι μετρήσεις επιπέδων διαύλου ποικίλλουν ανάλογα με την τοπολογία του κυκλώματος. Για παράδειγμα, ένας μετατροπέας δύο-επιπέδων μπορεί να χρησιμοποιεί μια δομή διπλού-επιπέδου (θετικούς και αρνητικούς πόλους), ενώ ένας μετατροπέας πολλαπλών{3}}επιπέδων μπορεί να απαιτεί πρόσθετα επίπεδα-όπως ένα ουδέτερο σημείο ή άλλα πιθανά επίπεδα-με αποτέλεσμα μια διαμόρφωση πολλών{6}επιπέδων{6}διαμόρφωση ράβδων τριών{7} επιπέδων. Καθώς ο αριθμός των στρωμάτων αυξάνεται, τα ζητήματα που αφορούν την ηλεκτρική απομόνωση, τη σύζευξη παρασιτικών παραμέτρων και τη θερμική διαχείριση γίνονται πιο περίπλοκα. Συνεπώς, απαιτείται μια ολιστική σχεδιαστική προσέγγιση προσαρμοσμένη στη συγκεκριμένη τοπολογία.

 

 

 

Η αδέσποτη αυτεπαγωγή εντός του βρόχου ισχύος προκύπτει κυρίως από τους ίδιους τους αγωγούς, τους ακροδέκτες σύνδεσης, την εσωτερική δομή των μονάδων ισχύος και τη χωρική διάταξη των ζυγών. Παρόλο που οι σχεδιαστές δεν εισάγουν σκόπιμα αυτές τις επαγωγές, ασκούν σημαντικά δυναμικά αποτελέσματα κατά τη διάρκεια λειτουργιών μεταγωγής υψηλής ταχύτητας.

 

Με βάση τις θεμελιώδεις επαγωγικές αρχές, ακόμη και η ελάχιστη παρασιτική επαγωγή μπορεί να δημιουργήσει σημαντικές μεταβατικές τάσεις όταν ο ρυθμός μεταβολής του ρεύματος είναι υψηλός. Για συσκευές μεταγωγής υψηλής ταχύτητας-, ένας υπερβολικά μεγάλος βρόχος μεταγωγής ή ένας μεγάλος διαχωρισμός μεταξύ θετικών και αρνητικών μονοπατιών ρεύματος αυξάνει την πιθανότητα υπέρβασης τάσης και κουδουνίσματος υψηλής-συχνότητας.

 

Η κύρια εστίαση στη σχεδίαση πολυστρωματικών ζυγών είναι η ελαχιστοποίηση της απόστασης μεταξύ θετικών και αρνητικών μονοπατιών ρεύματος και η συντόμευση της απόστασης σύνδεσης μεταξύ των μονάδων ισχύος και των πυκνωτών σύνδεσης DC. Η βελτιστοποίηση της απόστασης των αγωγών μειώνει την περιοχή που περικλείεται από τον βρόχο μεταγωγής, καθιστώντας ευκολότερο τον έλεγχο της σύζευξης μαγνητικού πεδίου και της παρασιτικής επαγωγής βρόχου.

 

Επομένως, όταν σχεδιάζουν πλαστικοποιημένους διαύλους για μετατροπείς-μεγάλης ισχύος, οι μηχανικοί πρέπει να λαμβάνουν υπόψη ολόκληρο τον βρόχο μεταγωγής αντί να εστιάζουν αποκλειστικά στις διαστάσεις του διαύλου. Η σχετική θέση των πυκνωτών, των μονάδων ισχύος, των ακροδεκτών σύνδεσης και των ζυγών επηρεάζουν όλες τις παραμέτρους του τελικού βρόχου.

 

 

Η χαμηλή επαγωγή δεν εξαλείφει την ανάγκη για θερμικό σχεδιασμό. Καθώς αυξάνεται η ισχύς του συστήματος, αυξάνεται το συνεχές φορτίο ρεύματος στη γραμμή ζυγού. ταυτόχρονα, η αντικατάσταση θεμάτων υψηλής-ταχύτητας υψηλής-συχνότητας ρεύματος στο δέρμα και τα εφέ εγγύτητας.

 

Σε υψηλότερες συχνότητες, το ρεύμα δεν παραμένει ομοιόμορφα κατανεμημένο στην διατομή-του αγωγού, αλλά τείνει να συγκεντρώνεται σε συγκεκριμένες επιφάνειες. Εάν το πλάτος, το πάχος και η απόσταση μεταξύ των στρωμάτων της ράβδου ζυγού δεν έχουν σχεδιαστεί βέλτιστα, ενδέχεται να προκύψουν ζητήματα όπως τοπικές αυξήσεις στην πυκνότητα ρεύματος και συγκεντρωμένες αυξήσεις θερμοκρασίας.

 

Επομένως, ο σχεδιασμός της διατομής-ζυγού απαιτεί εξισορρόπηση ρεύματος-ικανότητα μεταφοράς, απώλειες AC, μηχανική αντοχή και συνθήκες απαγωγής θερμότητας. Για μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας υψηλής-ισχύς, εκτός από τον υπολογισμό της ικανότητας μεταφοράς- συνεχούς ρεύματος συνεχούς ρεύματος, είναι σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη οι διακυμάνσεις αντίστασης AC στις πραγματικές συχνότητες λειτουργίας και να επαληθεύεται ο σχεδιασμός μέσω δοκιμών αύξησης θερμοκρασίας.

 

Ενώ μια πολυστρωματική κατασκευή μπορεί να μειώσει την περιοχή του τρέχοντος βρόχου, η δομή μόνωσης πολλαπλών{0}}στρώσεων μπορεί να αλλάξει τη διαδρομή απαγωγής θερμότητας από τον αγωγό προς το εξωτερικό. Κατά συνέπεια, παράγοντες όπως το πάχος του στρώματος χαλκού, το μονωτικό υλικό, οι μέθοδοι τοποθέτησης και οι εξωτερικές συνθήκες ψύξης πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη διαδικασία σχεδιασμού. Ενδέχεται να απαιτούνται διαφορετικές στρατηγικές θερμικής σχεδίασης για δομές ράβδων, ανάλογα με το εάν ο εξοπλισμός χρησιμοποιεί φυσική ψύξη, εξαναγκασμένη-αέρια ψύξη ή υγρή ψύξη.

 

 

Στα πραγματικά συστήματα, η παρασιτική επαγωγή δεν περιορίζεται στο κύριο σώμα του ζυγού. Σημαντικές παρασιτικές παράμετροι μπορούν επίσης να προκύψουν στις ζώνες σύνδεσης μεταξύ του ζυγού και εξαρτημάτων όπως μονάδες ισχύος, πυκνωτές και άλλα ηλεκτρικά μέρη.

 

Τα μπουλόνια σύνδεσης, οι μεταβάσεις των ακροδεκτών, οι τοπικές κάμψεις και οι απότομες αλλαγές στη διατομή του αγωγού-μπορούν όλα να αλλάξουν την τρέχουσα διαδρομή. Εάν το σημείο σύνδεσης είναι μακριά από τη συσκευή ισχύος, ολόκληρος ο βρόχος μεταγωγής μπορεί να εξακολουθεί να παρουσιάζει σημαντική παρασιτική επαγωγή, ακόμα κι αν η κύρια ράβδος ζυγού χρησιμοποιεί μια ελασματοποιημένη δομή χαμηλής-επαγωγής.

 

Επομένως, οι μηχανικοί σχεδιασμοί θα πρέπει να ελαχιστοποιούν τις περιττές δομές μετάβασης και να διασφαλίζουν τη συνέχεια των διαδρομών ρεύματος υψηλής-συχνότητας. Για συστήματα που απαιτούν συνδέσεις πολλαπλών-σημείων, η γεωμετρική συμμετρία μεταξύ των παράλληλων διακλαδώσεων θα πρέπει να διατηρείται όσο το δυνατόν περισσότερο για να διασφαλίζονται παρόμοια χαρακτηριστικά ηλεκτρικής διαδρομής και σύνθετης αντίστασης μεταξύ των διακλαδώσεων.

 

Παρόμοιες αρχές σχεδιασμού εφαρμόζονται σε τομείς όπως οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί για ηλεκτρικά οχήματα και τα συστήματα ηλεκτρικής μετάδοσης κίνησης υψηλής τάσης{{0}. Καθώς τα συστήματα ηλεκτρικής μετάδοσης εξελίσσονται προς υψηλότερες τάσεις και πυκνότητες ισχύος, οι ζυγοί πρέπει όχι μόνο να πληρούν τις υψηλές- απαιτήσεις μετάδοσης ρεύματος αλλά και να προσαρμόζονται σε περιορισμένο χώρο εγκατάστασης και σύνθετες μηχανικές κατασκευές.

 

 

Στον πρακτικό βιομηχανικό εξοπλισμό, οι ζυγοί σπάνια τοποθετούνται σε κανονικούς, ανοιχτούς χώρους εγκατάστασης. Οι αυστηροί χωρικοί περιορισμοί που επιβάλλονται από μονάδες ισχύος, πυκνωτές, ψύκτρες, πλακέτες ελέγχου και δομικά στοιχεία απαιτούν συχνά διαμορφώσεις ζυγών που περιλαμβάνουν στροφές, εγκοπές, διακλαδώσεις και συνδέσεις πολλαπλών-στρώσεων. Για πλαστικοποιημένους ζυγούς που χρησιμοποιούνται σε σύνθετες εγκαταστάσεις, η εστίαση του σχεδιασμού εκτείνεται πέρα ​​από τις διαστάσεις του αγωγού για να συμπεριλάβει την ακρίβεια ευθυγράμμισης μεταξύ των στρωμάτων, τα όρια μόνωσης και τη συνοχή των διεπαφών τοποθέτησης.

 

Τρύπες και εγκοπές στη ράβδο διαύλου αλλάζουν τις τοπικές διαδρομές ρεύματος. Εάν αυτά τα χαρακτηριστικά βρίσκονται κοντά σε πρωτεύουσες ζώνες εναλλαγής, το ρεύμα μπορεί να αναγκαστεί να εκτραπεί γύρω τους, επηρεάζοντας έτσι την τοπική πυκνότητα ρεύματος και τις παρασιτικές παραμέτρους. Κατά συνέπεια, η θέση, το μέγεθος και η επεξεργασία των άκρων των ανοιγμάτων πρέπει να αξιολογούνται κατά τη φάση του δομικού σχεδιασμού για να αποφευχθεί η αρνητική επίδραση των απαιτήσεων μηχανικής τοποθέτησης στην ηλεκτρική απόδοση.

 

Σε συστήματα υψηλής-τάσης, πρέπει επίσης να αντιμετωπιστεί η συγκέντρωση ηλεκτρικού πεδίου στα άκρα του αγωγού και στις διεπαφές μόνωσης. Η σωστή χρήση ακτίνων, λοξοτμήσεων και ενθυλάκωσης μόνωσης μπορεί να μετριάσει την τοπική ενίσχυση του ηλεκτρικού πεδίου και να μειώσει τον κίνδυνο αστοχίας της μόνωσης κατά τη διάρκεια-μακροχρόνιας λειτουργίας.

 

 

Όταν οι τάσεις διαύλου συνεχούς ρεύματος φτάνουν σε επίπεδα αρκετών εκατοντάδων βολτ ή υψηλότερα, ο σχεδιασμός της ράβδου υπερβαίνει την απλή μετάδοση ρεύματος. πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη το διάκενο, την απόσταση ερπυσμού, τη διηλεκτρική αντοχή και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία της μόνωσης.

 

Στους μετατροπείς υψηλής-τάσης, το μονωτικό υλικό μεταξύ των στρωμάτων αγωγών πρέπει να αντέχει τόσο τη συνεχή τάση λειτουργίας όσο και την επαναλαμβανόμενη τάση τάσης που προκαλείται από μεταβατικές αλλαγές. Για εξειδικευμένο εξοπλισμό-όπως οι ράβδοι μετατροπέα υψηλής-αντεκρηκτικής{{4}αντεκρηκτικής{4}-δομικής σχεδίασης πρέπει επίσης να ευθυγραμμίζονται με τις αξιολογήσεις προστασίας από εισροή (IP) εξοπλισμού, τις περιβαλλοντικές συνθήκες και τα πρότυπα ασφαλείας.

 

Η επιλογή του μονωτικού υλικού θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη μακροπρόθεσμη-θερμοκρασία λειτουργίας, τη διηλεκτρική αντοχή, τη μηχανική αντοχή, την αντοχή στην υγρασία και τα χαρακτηριστικά γήρανσης. Για συστήματα μεταγωγής υψηλής-συχνότητας, υψηλής-ταχύτητας, η μακροπρόθεσμη- σταθερότητα του υλικού υπό επαναλαμβανόμενη καταπόνηση dv/dt είναι επίσης κρίσιμης σημασίας.

 

Ταυτόχρονα, η απλή μεγιστοποίηση του πάχους της μόνωσης δεν είναι η βέλτιστη προσέγγιση. Η υπερβολικά παχιά μόνωση αυξάνει την απόσταση μεταξύ των αγωγών, διευρύνοντας έτσι την περιοχή του βρόχου μεταγωγής και δυνητικά αυξάνοντας την παρασιτική επαγωγή. Επομένως, ο πρακτικός σχεδιασμός απαιτεί την επίτευξη μιας λογικής ισορροπίας μεταξύ των περιθωρίων ασφαλείας της μόνωσης και του στόχου της ελαχιστοποίησης της επαγωγής.

 

 

 

Καθώς εξελίσσεται ο εξοπλισμός μετατροπής ισχύος μέσης- και υψηλής-τάσης, τοπολογίες πολλαπλών επιπέδων υιοθετούνται ολοένα και περισσότερο σε μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας, βιομηχανικούς μεταβλητούς-οδηγούς συχνότητας (VFD) και ηλεκτρονικά συστήματα ισχύος υψηλής-τάσης. Ενώ οι δομές τριών{5} επιπέδων επιτρέπουν την κατανομή τάσης τάσης στα εξαρτήματα σε πολλαπλά επίπεδα δυναμικού, εισάγουν επίσης μεγαλύτερη πολυπλοκότητα στη δομή του ζυγού. Κατά το σχεδιασμό πολυστρωματικών ζυγών για μετατροπείς τριών-επιπέδων, η μπάρα πρέπει συνήθως να διαχειρίζεται ηλεκτρικές συνδέσεις που περιλαμβάνουν θετικούς, ουδέτερους και αρνητικούς ακροδέκτες ταυτόχρονα. Δεδομένου ότι οι τρέχουσες διαδρομές εναλλαγής ενδέχεται να μετατοπίζονται ανάλογα με την κατάσταση λειτουργίας, ο σχεδιασμός της γραμμής ζυγού δεν μπορεί να βελτιστοποιηθεί μόνο για μία κατάσταση. Αντίθετα, πρέπει να φιλοξενεί βρόχους μεταγωγής σε όλες τις κύριες καταστάσεις μεταγωγής.

 

Οι προσπάθειες σχεδιασμού δίνουν επίσης προτεραιότητα στη διατήρηση της γεωμετρικής συμμετρίας στους κλάδους ισχύος. Σημαντικές διαφορές στα μήκη διαδρομής μεταξύ παράλληλων διακλαδώσεων μπορεί να οδηγήσουν σε ανομοιόμορφη δυναμική κατανομή του ρεύματος, προκαλώντας ορισμένα εξαρτήματα να αντέχουν υψηλότερα φορτία ρεύματος και θερμική καταπόνηση.

 

Αυτός είναι ένας βασικός λόγος για τον οποίο οι σύνθετοι ζυγοί πολλαπλών{0}}στρωμάτων έχουν μεγάλη αξία σε εξοπλισμό υψηλής-ισχύ. Συνδυάζοντας πολλαπλά στρώματα αγωγών με μονωτικά υλικά, αυτοί οι ζυγοί επιτρέπουν συμπαγείς συνδέσεις που περιλαμβάνουν πολλαπλά δυναμικά τάσης και διακλαδώσεις εντός περιορισμένου αποτυπώματος, ενώ προσφέρουν μεγαλύτερη ευελιξία σχεδιασμού όσον αφορά τον έλεγχο επαγωγής και τη μηχανική διάταξη.

 

 

Η εφαρμογή πλαστικοποιημένων διαύλων έχει επεκταθεί πέρα ​​από τα παραδοσιακά βιομηχανικά τροφοδοτικά σε τομείς όπως η αποθήκευση ενέργειας, η αυτοκινητοβιομηχανία, οι τηλεπικοινωνίες, οι υπολογιστές, οι σιδηροδρομικές μεταφορές και τα βιομηχανικά μηχανήματα υψηλών προδιαγραφών.

 

Σε συστήματα μεταβλητής συχνότητας (VFD) και συστήματα ελέγχου κινητήρα, οι δίαυλοι χαμηλής-επαγωγής συντομεύουν τη διαδρομή εναλλαγής υψηλής-συχνότητας μεταξύ των στοιχείων ισχύος και των πυκνωτών σύνδεσης DC-. Κατά συνέπεια, οι πολυστρωματικές ράβδοι διαύλου είναι μια τυπική επιλογή για αρχιτεκτονικές VFD. Για ελεγκτές κινητήρα υψηλής ισχύος-, τα σχέδια πρέπει επίσης να λαμβάνουν υπόψη την υψηλή ικανότητα μεταφοράς ρεύματος-, τον θερμικό κύκλο και τους μηχανικούς κραδασμούς.

 

Τα κέντρα δεδομένων και τα υπολογιστικά συστήματα-υψηλής απόδοσης απαιτούν συχνά υψηλή πυκνότητα ισχύος και συμπαγή ίχνη εγκατάστασης. Οι ράβδοι διαύλου μπορούν να τακτοποιηθούν σε διαμορφώσεις πολλαπλών-επιπέδων εντός ντουλαπιών για να εξυπηρετούν τροφοδοτικά διακομιστή, backplanes και δίκτυα διανομής ενέργειας. Σε αυτά τα περιβάλλοντα, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί για πλακέτες κυκλωμάτων υπερυπολογιστών ή backplanes πρέπει να εξισορροπούν τους περιορισμούς χώρου και την υψηλή πυκνότητα ρεύματος με τις απαιτήσεις ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας (EMC) μεταξύ συστημάτων σήματος και ισχύος.

 

Η τηλεπικοινωνιακή υποδομή παρουσιάζει παρόμοιες απαιτήσεις. Οι σταθμοί βάσης, οι δρομολογητές και ο τηλεπικοινωνιακός εξοπλισμός ισχύος απαιτούν συχνά τη διασύνδεση πολλαπλών μονάδων ισχύος εντός περιορισμένου δομικού χώρου, απαιτώντας σχέδια μπάρας που διευκολύνουν την αρθρωτή εγκατάσταση και την παροχή ισχύος χαμηλής-σύνθετης αντίστασης. Σε τέτοιο εξοπλισμό, πολυστρωματικές ράβδοι διαύλου που έχουν σχεδιαστεί για διανομή ισχύος κυψελωτού σταθμού βάσης χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία συμπαγών διαδρομών διανομής ισχύος. Για διακομιστές και εξοπλισμό επικοινωνίας, οι ζυγοί Μονάδας Διανομής Ισχύος (PDU) συνήθως χρησιμεύουν ως κεντρικά σημεία διανομής ισχύος για πολλαπλούς κλάδους φορτίου. ο δομικός σχεδιασμός τους πρέπει να δίνει προτεραιότητα στην τρέχουσα-φορητική ικανότητα, την αύξηση της θερμοκρασίας, τη μόνωση και την ευκολία συντήρησης.

 

 

Τα νέα ενεργειακά οχήματα (NEV) αντιπροσωπεύουν μια βασική περιοχή εφαρμογής για δομές διασύνδεσης DC υψηλής ισχύος-. Καθώς τα επίπεδα τάσης των συστημάτων ηλεκτρικής μετάδοσης κίνησης αυξάνονται και οι πυκνότητες ισχύος αυξάνονται, οι παραδοσιακές καλωδιώσεις και οι κατανεμημένες μέθοδοι σύνδεσης αντιμετωπίζουν περιορισμούς όσον αφορά τον χώρο, την ικανότητα μεταφοράς ρεύματος-και τη θερμική διαχείριση.

 

Οι ζυγοί στα NEV συνήθως συνδέουν συστήματα μπαταριών, μετατροπείς, ελεγκτές κινητήρα και άλλα εξαρτήματα υψηλής- τάσης. Κατά συνέπεια, ο δομικός σχεδιασμός τους πρέπει ταυτόχρονα να καλύπτει το ρεύμα-φέρουσα ικανότητα, την ηλεκτρική μόνωση, την αντοχή σε κραδασμούς και τη χωροταξική διάταξη.

 

Τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας δίνουν μεγαλύτερη έμφαση στη μακροπρόθεσμη λειτουργική αξιοπιστία-. Οι μετατροπείς αποθήκευσης ενέργειας μεγάλης-κλίμακας χειρίζονται συχνά υψηλές τάσεις και υψηλά ρεύματα, και οι δομές των ζυγών επηρεάζουν άμεσα την απόδοση σύνδεσης μεταξύ μονάδων ισχύος, πυκνωτών και άλλων ηλεκτρικών μονάδων. Μια καλά-σχεδιασμένη πολυστρωματική δομή επιτρέπει μικρότερους βρόχους ισχύος εντός περιορισμένου χώρου και διευκολύνει την αρθρωτή εγκατάσταση του εξοπλισμού.

 

Για τροφοδοτικά μεταγωγής υψηλής συχνότητας και υψηλής-εξοπλισμού μετατροπής ισχύος, τα σχέδια χαμηλής

 

 

 

Τα συστήματα έλξης σιδηροδρομικής μεταφοράς χαρακτηρίζονται από υψηλή ισχύ, παρατεταμένη λειτουργία και πολύπλοκα μηχανικά περιβάλλοντα. Οι δομές διασύνδεσης ισχύος τους πρέπει να αντέχουν υψηλά ρεύματα καθώς και συνεχείς μηχανικούς κραδασμούς και θερμικούς κύκλους.

 

Σε αυτά τα συστήματα, πλαστικοποιημένοι ζυγοί χρησιμοποιούνται για εσωτερικές συνδέσεις ισχύος εντός εξοπλισμού όπως μετατροπείς έλξης και βοηθητικά τροφοδοτικά. Πέρα από την ικανοποίηση των απαιτήσεων ηλεκτρικής απόδοσης, αυτοί οι ζυγοί πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τους περιορισμούς χώρου του εξοπλισμού, τη μηχανική τοποθέτηση, την ασφάλεια της μόνωσης και το μακροπρόθεσμο περιβάλλον λειτουργίας.

 

Ομοίως, οι δομές ζυγών στον εξοπλισμό έλξης και βιομηχανικού μετατροπέα προσαρμόζονται συχνά με βάση τη θέση των μονάδων ισχύος, των πυκνωτών και των εξαρτημάτων απαγωγής θερμότητας. Για εξοπλισμό περιορισμένου χώρου-, οι δομές πολλαπλών-επίπεδων ενισχύουν την ενοποίηση των συνδέσεων ισχύος και μειώνουν το αποτύπωμα χώρου που σχετίζεται με την παραδοσιακή καλωδίωση. Ο σχεδιασμός χαμηλής-επαγωγής μετατοπίζεται από τη βελτιστοποίηση μιας μεμονωμένης παραμέτρου στην ολιστική συνέργεια-σε επίπεδο συστήματος.

 

Με την αυξανόμενη υιοθέτηση συσκευών ισχύος ευρείας-κενού ζώνης όπως SiC και GaN-που επιτρέπουν υψηλότερες ταχύτητες μεταγωγής και συχνότητες λειτουργίας-η σχεδίαση της μπάρας εξελίσσεται από την παραδοσιακή "τρέχουσα{3}}μεταφορά διατομής-σχεδίαση" σε μια συνεργιστική προσέγγιση που ενσωματώνει ηλεκτρικές, θερμικές και μηχανικές θεωρήσεις.

 

Τα μελλοντικά σχέδια ζυγών πρέπει όχι μόνο να ελαχιστοποιούν την παρασιτική επαγωγή αλλά και να διαχειρίζονται τις απώλειες AC, την αύξηση της θερμοκρασίας, την κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου και τη μηχανική καταπόνηση. Ιδιαίτερα σε συστήματα υψηλών-συχνοτήτων, ο ζυγός λειτουργεί ως αναπόσπαστο μέρος του βρόχου ισχύος, με τη γεωμετρία του να επηρεάζει άμεσα τη δυναμική ηλεκτρική συμπεριφορά του συστήματος.

 

Ταυτόχρονα, η τεχνολογία κατασκευής ζυγών προχωρά προς υψηλότερα επίπεδα ολοκλήρωσης, ενσωματώνοντας χαρακτηριστικά όπως ενσωματωμένους πυκνωτές, ενσωματωμένους αισθητήρες, σύνθετες τρισδιάστατες δομές αγωγών και τεχνικές χύτευσης μόνωσης ακριβείας. Αυτές οι τεχνολογίες επιτρέπουν μικρότερους βρόχους ισχύος και βελτιωμένη χρήση του χώρου, ενώ παρέχουν μια δομική βάση για την παρακολούθηση της κατάστασης του εξοπλισμού.

 

Από μηχανολογική άποψη, ο σχεδιασμός τουπολυστρωματικοί δίαυλοι χαμηλής-επαγωγήςδεν αφορά απλώς την επίτευξη της χαμηλότερης δυνατής τιμής επαγωγής. Αντίθετα, απαιτεί τον καθορισμό ενός κατάλληλου εύρους στόχου με βάση παράγοντες όπως οι συσκευές ισχύος, η τάση λειτουργίας, η συχνότητα μεταγωγής, η θερμική διαχείριση και οι απαιτήσεις μόνωσης. Μόνο με το από κοινού-σχεδιασμό του ζυγού με ολόκληρο τον βρόχο ισχύος μπορεί να αξιοποιηθεί το πλήρες δυναμικό της πολυστρωματικής δομής σε ηλεκτρονικά συστήματα υψηλής ισχύος-.

 

Συνολικά, οι πλαστικοποιημένοι ζυγοί έχουν εξελιχθεί από απλούς συνδέσμους υψηλού-ρεύματος σε κρίσιμα δομικά στοιχεία εντός του ηλεκτρονικού εξοπλισμού υψηλής ισχύος-. Η αξία τους έγκειται πρωτίστως σε χαρακτηριστικά όπως η χαμηλή περιστροφική αυτεπαγωγή, οι συμπαγείς συνδέσεις ισχύος, οι ελεγχόμενες διαδρομές ρεύματος και τα σχέδια μόνωσης υψηλής{3} τάσης. Κατά την προμήθεια αυτών των εξαρτημάτων, οι μηχανικοί θα πρέπει να αξιολογούν διεξοδικά τα υλικά, τη δομική σχεδίαση και τις προσαρμοσμένες δυνατότητες κατασκευής, λαμβάνοντας υπόψη την τάση, το ρεύμα, τη συχνότητα μεταγωγής, τον χώρο εγκατάστασης, τις απαιτήσεις μόνωσης και τις διαδικασίες μαζικής παραγωγής.