Thanh cái biến tần nhiều lớp: Nguyên lý giảm điện cảm ký sinh và những cân nhắc chính cho thiết kế dòng điện cao

Ưu điểm cốt lõi của Thanh đồng nhiều lớp bắt nguồn từ cấu trúc nhiều lớp "sandwich"-các lớp đồng dẫn điện dương và âm được xếp chồng lên nhau thông qua một môi trường cách điện (chẳng hạn như nhựa polyimide hoặc nhựa epoxy), tạo thành các vòng dẫn điện có hướng dòng điện ngược nhau và các vị trí không gian chồng chéo. Khi một dòng điện-tần số cao,{3}}cao chạy qua, dòng điện trong lớp đồng dương và âm sẽ tạo ra từ trường có cường độ bằng nhau nhưng ngược hướng. Các từ trường này triệt tiêu lẫn nhau, làm suy yếu đáng kể tổng liên kết từ thông của vòng dây và do đó làm giảm đáng kể độ tự cảm ký sinh. Dữ liệu đo thực tế cho thấy một BusBar bằng đồng nhiều lớp dài 200mm, rộng 100mm và dày 0,5mm có thể kiểm soát độ tự cảm ký sinh của nó đến 3-5nH, trong khi độ tự cảm ký sinh của một thanh cái song song có cùng kích thước có thể đạt tới 110nH, chênh lệch hơn 20 lần. Đặc tính điện cảm thấp này không chỉ ngăn chặn sự tăng vọt điện áp mà còn giảm tổn thất chuyển mạch, giảm nhiễu điện từ (EMI) và cải thiện hiệu suất và độ tin cậy tổng thể của hệ thống.

Thiết kế Thanh cái nhiều lớp cho Viễn thông đòi hỏi phải chú ý đến bốn yếu tố cốt lõi: Thứ nhất, các lớp đồng dương và âm phải song song và chồng chéo chặt chẽ để tối đa hóa diện tích chồng chéo của đường dẫn hiện tại và giảm thiểu diện tích vòng lặp còn lại; thứ hai, độ dày lớp cách nhiệt phải được giảm thiểu càng nhiều càng tốt, về mặt lý thuyết, khoảng cách càng nhỏ thì hiệu ứng khử từ trường càng đáng kể; thứ ba, chiều rộng của Thanh cái nhiều lớp cần được thiết kế hợp lý, vì lớp đồng rộng hơn có thể nâng cao tính đồng nhất của phân phối dòng điện dưới hiệu ứng bề mặt tần số cao và triệt tiêu thêm điện cảm; thứ tư, các vị trí lỗ lắp cần được bố trí đối xứng để đảm bảo khoảng cách kết nối giữa các thiết bị nguồn (như IGBT) và tụ điện hỗ trợ DC được giảm thiểu, giảm độ tự cảm vòng lặp bổ sung. Ngoài ra, Thanh cái biến tần nhiều lớp còn có các ưu điểm như khả năng mang dòng điện cao (3-5A/mm² trên mỗi đơn vị diện tích mặt cắt-), hiệu suất tản nhiệt cao (cấu trúc đồng mỏng nhiều-lớp tăng diện tích tản nhiệt) và cấu trúc nhỏ gọn (thiết kế tích hợp thay thế cáp rải rác) và được sử dụng rộng rãi trong các tình huống dòng điện cao như bộ biến tần cho phương tiện năng lượng mới, bộ chuyển đổi lưu trữ năng lượng quang điện, bộ biến tần công nghiệp và hệ thống kéo vận chuyển đường sắt.

Việc định lượng độ tự cảm ký sinh yêu cầu thử nghiệm-xung kép, đây là phương pháp thử nghiệm-tiêu chuẩn ngành. Trong quá trình thử nghiệm, cần xây dựng một nửa cầu-. Tín hiệu xung-kép được đưa vào thông qua công tắc phía-thấp và điện áp bộ phát-bộ thu (Vce) cũng như dạng sóng hiện tại của thiết bị nhánh-trên (chẳng hạn như IGBT) được đo. Điều quan trọng là phải chọn nút bật tạm thời (chứ không phải nút tắt tạm thời) để đo, vì sự thay đổi dòng điện sẽ ổn định hơn khi bật{12}}bật, tránh nhiễu từ dòng phục hồi ngược của điốt quay tự do. Theo công thức L=ΔVce / (di/dt), tổng độ tự cảm ký sinh của vòng dây có thể được tính bằng cách đọc mức tăng điện áp (ΔVce) và tốc độ thay đổi dòng điện (di/dt) khi bật-tức thời. Trong các phép đo thực tế, độ tự cảm ký sinh của vòng lặp sử dụng đầu nối thanh cái nhiều lớp thường vào khoảng 75nH, trong khi độ tự cảm của các thanh cái song song truyền thống vượt quá 200nH, xác minh những ưu điểm đáng kể của cấu trúc nhiều lớp.

Khi chọn nguồn điện, phải chọn giải pháp phù hợp dựa trên định mức dòng điện: Đối với các ứng dụng dưới 100A, có thể sử dụng Giải pháp nguồn thanh cái nhiều lớp thông thường có độ dày lớp cách nhiệt 0,2-0,3 mm; đối với các ứng dụng 100-500A, cần có lớp đồng dày hơn và độ dày lớp cách nhiệt 0,3-0,5 mm; đối với các ứng dụng 500-1000A, cần có cấu trúc xếp chồng nhiều lớp với độ dày lớp cách nhiệt 0,5mm; và đối với các ứng dụng trên 1000A, cần có thiết kế tùy chỉnh, với khả năng phân bổ dòng điện và cường độ ngắn mạch được tối ưu hóa thông qua mô phỏng. Quá trình thiết kế phải tuân thủ nguyên tắc giảm thiểu diện tích vòng lặp hiện tại, đồng thời xem xét các yêu cầu về tản nhiệt và độ bền cơ học. Đối với các ứng dụng điện áp cao, định mức điện áp chịu được cách điện cũng phải được xác minh.