Làm sáng tỏ nhiều lớp hơn, quan niệm sai lầm tốt hơn về thanh cái nhiều lớp

Với sự phát triển nhanh chóng của năng lượng mới, điện tử công suất và tự động hóa công nghiệp, thanh cái nhiều lớp được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lưu trữ năng lượng, bộ biến tần, phương tiện năng lượng mới, mô-đun điện và vận tải đường sắt do độ tự cảm thấp, khả năng tích hợp cao và hiệu suất EMC tốt. Đặc biệt là trong các thiết bị-tần số cao, công suất cao-, thanh cái cảm ứng-tần số thấp nhiều lớp đã dần thay thế các kết nối cáp truyền thống, trở thành một thành phần quan trọng của hệ thống điện hiện đại.

 

Tuy nhiên, một quan niệm sai lầm phổ biến vẫn tồn tại trong ngành: rằng nhiều lớp hơn trong thanh cái nhiều lớp đồng nghĩa với hiệu suất tốt hơn. Trong thực tế, thiết kế nhiều lớp là một dự án kỹ thuật có hệ thống đòi hỏi phải xem xét toàn diện về độ tự cảm, tản nhiệt, không gian kết cấu, chi phí và các kịch bản ứng dụng. Không có kết luận tuyệt đối rằng "nhiều lớp hơn có nghĩa là cao cấp hơn".

 

 

 

Thanh cái nhiều lớp thường bao gồm nhiều lớp thanh cái đồng dẫn điện và vật liệu cách điện, được liên kết với nhau bằng quy trình ép nóng. Chúng là các thanh kết nối cấu trúc hỗn hợp nhiều lớp điển hình. Bằng cách tối ưu hóa khoảng cách và cách bố trí giữa cực dương và cực âm, độ tự cảm tạp tán trong mạch có thể giảm đáng kể, cải thiện độ ổn định vận hành của hệ thống. Hiện nay, các thông số kỹ thuật phổ biến trong ngành chủ yếu có từ 2 đến 6 lớp, với số lớp khác nhau tương ứng với các nhu cầu ứng dụng khác nhau:

 

Cấu trúc 2{1}}lớp thường phù hợp với thiết bị có công suất thấp- đến trung bình{4}}, mang lại những lợi thế như quy trình sản xuất hoàn thiện, chi phí thấp hơn và lắp đặt đơn giản. Chúng thường được tìm thấy trong Thanh cái của Bộ phân phối điện cơ bản, bộ biến tần điện áp thấp và hệ thống phân phối điện công nghiệp nói chung.

 

Cấu trúc 3-lớp là một trong những giải pháp được sử dụng rộng rãi nhất. Thanh cái ba lớp-có khả năng phân phối dòng điện và che chắn điện từ tốt hơn, mang lại hiệu quả chi phí-cao trong thiết bị công suất trung bình. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các bộ biến tần lưu trữ năng lượng, hệ thống UPS và các mô-đun điều khiển phụ trợ năng lượng mới.

 

Cấu trúc có 4 lớp trở lên thường được sử dụng nhiều hơn trong các trường hợp cấu trúc liên kết phức tạp, tần số, công suất cao và{1}}cao, chẳng hạn như Thanh cái nhiều lớp trong Bộ chuyển đổi công suất cao, Thanh cái nhiều lớp IGBT và hệ thống PCS lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Ưu điểm cốt lõi của chúng nằm ở độ tự cảm lạc thấp hơn, khả năng EMC mạnh hơn và khả năng tích hợp hệ thống cao hơn.

 

 

 

I. Những thay đổi về hiệu suất điện

Với sự gia tăng số lượng lớp, cấu trúc khớp nối chặt chẽ hơn có thể được hình thành giữa các dây dẫn dương và âm, do đó làm giảm độ tự cảm đi lạc. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các thiết bị SiC tần số cao và mô-đun IGBT chuyển đổi tốc độ cao.

 

Thanh cái nhiều lớp tùy chỉnh cho IGBT thường tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc lớp giữa của thanh cái để giảm xung điện áp và nhiễu EMI sinh ra trong quá trình chuyển mạch.

 

Tuy nhiên, việc tăng số lượng lớp không nhất thiết có nghĩa là cải thiện hiệu suất không giới hạn. Quá nhiều lớp có thể dẫn đến tăng điện dung ký sinh giữa các lớp, nếu các tham số không được khớp chính xác có thể tác động tiêu cực đến độ ổn định của hệ thống. Do đó, khi thiết kế Thanh cái nhiều lớp cho Biến tần ba cấp-, các thông số điện cảm và điện dung phải được cân bằng đồng thời.

 

II. Những thay đổi về khả năng tản nhiệt

Cấu trúc nhiều lớp có thể mở rộng đường dẫn nhiệt và diện tích tản nhiệt, do đó, thanh cái nhiều lớp thường có mức tăng nhiệt độ thấp hơn trong cùng điều kiện mang dòng điện.

 

Trong các tình huống hiện tại-cao chẳng hạn như Thanh cái biến tần chống cháy nổ{1}}điện áp cao, cấu trúc nhiều lớp có thể giảm một cách hiệu quả các điểm nóng cục bộ và cải thiện độ ổn định hoạt động lâu dài-.

 

Tuy nhiên, đồng thời, việc tăng số lớp cũng dẫn đến độ dày tổng thể tăng lên, chiếm nhiều không gian lắp đặt hơn. Vì vậy, trong các thiết bị nhỏ gọn, việc bố trí bên trong cần được xem xét một cách toàn diện.

 

III. Cải thiện khả năng tích hợp hệ thống

Một trong những ưu điểm lớn nhất của thanh cái nhiều lớp là mức độ tích hợp cao. So với bộ dây truyền thống, cấu trúc nhiều lớp có thể tích hợp đồng thời nhiều vòng nguồn, vòng tín hiệu và hệ thống nối đất, giảm các nút kết nối và cải thiện độ tin cậy của hệ thống.

 

Ví dụ:

Các thanh cái nhiều lớp để phân phối bảng nối đa năng có thể được sử dụng trong các hệ thống điện máy chủ và công nghiệp.

Thanh cái nhiều lớp để phân phối bảng nối đa năng cho bộ định tuyến phù hợp để cung cấp năng lượng nội bộ trong thiết bị truyền thông.

Thanh cái nhiều lớp để phân phối điện trạm gốc di động được sử dụng rộng rãi trong các trạm gốc 5G và nguồn điện liên lạc.

Trong môi trường cáp phức tạp, Thanh cái nhiều lớp để lắp đặt Thanh cái phức tạp giúp giảm thiểu yêu cầu về không gian một cách hiệu quả và đơn giản hóa quá trình lắp đặt.

 

IV. Tính ổn định của cấu trúc và khả năng-chống nhiễu

Cấu trúc nhiều lớp có thể tạo thành một vòng che chắn điện từ hoàn chỉnh hơn, từ đó cải thiện khả năng chống nhiễu của hệ thống.

 

Trong lĩnh vực phương tiện sử dụng năng lượng mới, hệ thống truyền động điện và vận tải đường sắt, Thanh cái điều khiển động cơ và Thanh cái nhiều lớp tàu điện ngầm có yêu cầu hiệu suất EMC cao. Cấu trúc đối xứng nhiều lớp có thể giảm thiểu một cách hiệu quả các vấn đề mất cân bằng hiện tại và cải thiện khả năng hoạt động ổn định lâu dài của thiết bị.

 

Đối với hệ thống vận chuyển đường sắt và hệ thống kéo công suất-cao, Thanh cái tổng hợp để cung cấp điện cho tàu hỏa Mô-đun nguồn bốn-góc phần tư cũng cần chịu được các tác động động, chịu được nhiệt độ cao và duy trì hiệu suất cách nhiệt cao.
 

 

Mặc dù các thanh cái lớp- cao hơn mang lại hiệu suất vượt trội nhưng độ phức tạp trong quá trình sản xuất cũng tăng theo.

 

Các sản phẩm hai{0}} đến ba{1}}lớp có quy trình tương đối hoàn thiện, tỷ lệ năng suất cao và chi phí xử lý có thể kiểm soát được.

 

Các sản phẩm bốn lớp trở lên đặt ra yêu cầu cao hơn về kiểm soát độ dày lá đồng, độ chính xác của lớp cách nhiệt, quy trình ép nóng và bố cục đối xứng. Điều này đặc biệt đúng đối với các kết cấu chuyên dụng như thanh cái nhiều lớp, đòi hỏi độ chính xác cực cao trong việc xử lý các khu vực cách điện và dẫn điện cục bộ.

 

Hơn nữa, cấu trúc nhiều{0}}lớp có nghĩa là:

Tiêu thụ nguyên liệu tăng;

Quy trình cán phức tạp hơn;

Tiêu chuẩn kiểm tra chặt chẽ hơn;

Chu kỳ sản xuất dài hơn.

 

Do đó, các giải pháp lớp cao không nhất thiết phải phù hợp với tất cả các dự án.

 

 

Đối với các thiết bị có công suất vừa và nhỏ có công suất đầu ra dưới 100kW, thông thường hai đến ba lớp là đủ. Các kịch bản này bao gồm các ứng dụng cơ bản như hệ thống lưu trữ năng lượng chung, hệ thống UPS nhỏ và thanh cái của hệ thống Nguồn điện liên tục (UPS).

 

Đối với các hệ thống công suất trung bình-đến{1}}cao (100kW đến 500kW), cấu trúc 3 đến 4 lớp phù hợp hơn để cân bằng hiệu suất điện cảm, tản nhiệt và chi phí sản xuất.

 

Đối với các hệ thống điện-cao trên 500kW, bộ chuyển đổi SiC tần số- cao và hệ thống lưu trữ năng lượng lớn, thường cần có cấu trúc 4 đến 6 lớp để đáp ứng các yêu cầu về độ tự cảm thấp hơn, khả năng EMC cao hơn và khả năng tản nhiệt mạnh hơn.

 

Ví dụ bao gồm:

Thanh cái nhiều lớp cho ô tô điện;

Chống cháy nổ điện áp cao-Thanh cái biến tần chống cháy nổ

Hệ thống PCS lưu trữ năng lượng-quy mô lớn;

Bộ chuyển đổi tần số điện áp cao{0}};

Hệ thống truyền động chính của xe sử dụng năng lượng mới.

 

Trong các mạch phức tạp, chẳng hạn như cấu trúc liên kết nhiều cấp, thường cần có cấu trúc 3{3}} đến 5 lớp cho thanh cái nhiều lớp dành cho bộ biến tần ba cấp để đạt được đường dẫn dòng điện đối xứng và điều khiển chia sẻ dòng điện ổn định.

 

 

 

Quan niệm sai lầm 1: Nhiều lớp nhất thiết có nghĩa là hiệu suất tốt hơn

Trong thực tế, số lớp là thông số duy nhất ảnh hưởng đến hiệu suất.

Độ dày thanh cái bằng đồng, vật liệu cách điện, bố trí mạch, khoảng cách dây dẫn và độ chính xác xử lý đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất cuối cùng.

Việc tăng số lượng lớp một cách mù quáng không chỉ làm tăng chi phí mà còn có thể ảnh hưởng đến độ ổn định của thiết bị do thay đổi các thông số ký sinh.

 

Quan niệm sai lầm 2: Sản phẩm cấp thấp là "giải pháp cấp thấp".

Trên thực tế, đối với nhiều thiết bị có công suất vừa và nhỏ, cấu trúc 2- đến 3 lớp là giải pháp hoàn thiện, ổn định và tiết kiệm chi phí nhất.

Thanh cái nhiều lớp-ba{1}}được thiết kế tốt có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu của hầu hết các ứng dụng công nghiệp thông thường.

 

Quan niệm sai lầm 3: Sản phẩm có số lớp giống nhau thì có công năng như nhau

Ngay cả với cùng số lớp, vẫn có thể tồn tại sự khác biệt đáng kể giữa các thiết kế khác nhau.

Ví dụ: cách sắp xếp lá đồng, vật liệu cách nhiệt, quy trình ép nóng{0}}và tính đối xứng của dây dẫn đều ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của thanh cái.

Hiệu suất thực tế của thanh cái bằng đồng-chất lượng cao thường vượt trội hơn nhiều so với hiệu suất thực tế của các sản phẩm có kết cấu thông thường.

 

 

 

Với sự phát triển không ngừng của các thiết bị SiC, công nghệ biến tần-tần số cao và hệ thống lưu trữ năng lượng, các thanh cái nhiều lớp đang phát triển theo hướng tần số cao hơn, khả năng tích hợp cao hơn và độ tinh tế cao hơn.

 

Trong tương lai,-các lĩnh vực điện tử cao cấp như Thanh cái nhiều lớp cho Bảng mạch siêu máy tính hoặc Bảng nối đa năng sẽ tiếp tục thúc đẩy sự phát triển của thanh cái theo hướng mật độ cao, thu nhỏ và tùy chỉnh.

 

Đồng thời, các thiết kế thanh cái chuyên dụng cho phương tiện sử dụng năng lượng mới, điện tử công suất và thiết bị truyền thông sẽ trở nên phân khúc hơn, trong đó ngành chú trọng nhiều hơn đến việc "thích ứng ứng dụng" thay vì chỉ đơn giản theo đuổi việc tăng số lượng lớp.

 

 

Giá trị cốt lõi của thanh cái nhiều lớp không nằm ở “nhiều lớp hơn” mà nằm ở khả năng đáp ứng chính xác các yêu cầu của thiết bị.

 

Một thiết kế lớp hợp lý cần xem xét một cách toàn diện:

Sức mạnh thiết bị;

Tần số chuyển đổi;

yêu cầu EMC;

Khả năng tản nhiệt;

Không gian lắp đặt;

Chi phí sản xuất;

Hoạt động ổn định lâu dài-.

 

Chỉ thông qua thiết kế khoa học dựa trên các kịch bản ứng dụng thực tế, lợi thế về hiệu suất củaThanh xe buýt nhiều lớp, các linh kiện điện tử thụ động, được hiện thực hóa một cách thực sự, đạt được sự cân bằng tối ưu giữa hiệu quả, độ tin cậy và chi phí của hệ thống.