Hướng dẫn thiết kế thanh cái nhiều lớp: Giảm thiểu độ tự cảm lạc trong bộ biến tần công suất-cao

Thanh cái nhiều lớp làm giảm độ tự cảm của vòng chuyển mạch biến tần bằng cách tích hợp các dây dẫn dương và âm vào một cấu trúc phân lớp nhỏ gọn với khoảng cách điện môi được kiểm soát. Đối với các mô-đun nguồn SiC và IGBT, thanh cái nhiều lớp được thiết kế phù hợp có thể đạt được độ tự cảm tạp dưới 10nH, giảm hiện tượng vọt điện áp trong quá trình chuyển đổi tần số-cao.

 

Xiamen Apollo Technology sản xuất các thanh cái nhiều lớp tùy chỉnh bằng đồng nguyên chất C1100, dập chính xác, hàn khuếch tán phân tử và quy trình ép nóng nhiều lớp. Hiệu suất điện được xác minh thông qua kiểm tra CMM, kiểm tra khả năng chịu điện môi và tài liệu PPAP Cấp 3 cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng và ô tô.

 

 

 

Bộ biến tần lực kéo EV hiện đại và hệ thống chuyển đổi năng lượng ESS ngày càng sử dụng SiC MOSFET và mô-đun IGBT tốc độ cao-. Các thiết bị này chuyển đổi ở tần số cao hơn với thời gian tăng ngắn hơn, khiến cho điện cảm ký sinh bên trong cấu trúc liên kết DC trở thành yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến xung điện áp và độ tin cậy của chất bán dẫn.

 

Mối quan hệ giữa độ tự cảm tạp tán và độ vọt lố điện áp chuyển mạch như sau:

ΔV=L × di/dt

Ở đâu:

Quá điện áp ΔV =

L=độ tự cảm lạc của vòng lặp hiện tại

di/dt=tốc độ chuyển đổi hiện tại

Đối với biến tần 800V EV hoạt động với mô-đun SiC:

 

tham số	Thanh cái thông thường	Thiết kế thanh cái nhiều lớp
Điện cảm liên kết DC	50-150nH	<10nH
Khoảng cách dây dẫn	5-15mm	Lớp điện môi 0,1-1mm
Đường dẫn hiện tại	Tách các thanh dương/âm	Cấu trúc nhiều lớp song song
Hủy bỏ từ trường	Giới hạn	Tối ưu hóa
Chuyển đổi quá mức điện áp	Cao hơn	Giảm

 

Cấu trúc nhiều lớp đặt các dây dẫn dương và âm ở gần nhau. Các hướng dòng điện ngược nhau tạo ra từ trường ngược chiều, làm giảm từ thông bên ngoài và giảm độ tự cảm của vòng dây.

 

1.1 Nguyên lý khử từ trường với tối ưu hóa lớp đồng

Thiết kế thanh cái nhiều lớp phụ thuộc vào:

Lựa chọn độ dày đồng

Sắp xếp lớp

Độ dày điện môi

Vị trí đầu cuối

Sự đối xứng phân bố hiện tại

 

Thông số thanh cái nhiều lớp biến tần EV điển hình:

Chất liệu đồng: Đồng cứng điện phân C1100

Độ dẫn điện: Lớn hơn hoặc bằng 99% IACS

Độ dày đồng: 0,5mm-5 mm

Dung sai độ phẳng: Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05mm

Dung sai vị trí đầu cuối: ± 0,1mm

Xử lý bề mặt: mạ niken/mạ thiếc

Hình dạng dây dẫn không đồng đều tạo ra sự tập trung dòng điện cục bộ, làm tăng cả điện trở và nhiễu điện từ.

 

 

 

Vật liệu dây dẫn trực tiếp xác định khả năng mang dòng điện, hiệu suất nhiệt và độ tin cậy lâu dài.

 

Đối với các ứng dụng biến tần EV và ESS, đồng nguyên chất được ưa chuộng hơn vì tính dẫn điện cao hơn và hệ số tỏa nhiệt Joule thấp hơn.

 

Tài sản vật chất	Đồng nguyên chất C1100	Đồng thau C2680
Hàm lượng đồng	Lớn hơn hoặc bằng 99,90%	60-65%
Độ dẫn điện	Lớn hơn hoặc bằng 99% IACS	26-30% IACS
Điện trở suất	0,0172 Ω·mm²/m	Cao hơn
Độ dẫn nhiệt	~390 W/m·K	~120 W/m·K
Ứng dụng điển hình	Thanh cái nguồn, liên kết DC biến tần	Thiết bị đầu cuối, đầu nối cơ khí
Khả năng mang dòng điện	Cao	Trung bình

 

Đồng C1100 được chọn cho:

Thanh cái của bộ pin EV

Cụm liên kết DC biến tần SiC

Kết nối PCS lưu trữ năng lượng

Mô-đun điện cọc sạc

Đồng thau C2680 chủ yếu được sử dụng ở nơi ưu tiên độ bền cơ học và hiệu suất tạo hình.

 

2.1 Kiểm soát dập và tạo hình chính xác theo yêu cầu IATF 16949

Thanh cái nhiều lớp hiện tại có-cao thường yêu cầu hình dạng đầu cực phức tạp, bao gồm:

uốn cong 90 độ
Lỗ đầu cuối
Khe định vị
Nhấn-cấu trúc phù hợp
Tại-các điểm tán đinh

 

Thông số sản xuất:

Dung sai dập khuôn lũy tiến: ± 0,01mm
Kiểm soát chiều cao lưỡi dao: Nhỏ hơn hoặc bằng 10% độ dày vật liệu
Giám sát tuổi thọ dụng cụ: Lớn hơn hoặc bằng 500.000 chu kỳ dập
Kiểm tra kích thước CMM: 100% cho các kích thước quan trọng

Trong-công nghệ tán đinh tích hợp cơ khí vào quy trình dập, giảm sự biến đổi trong lắp ráp và cải thiện tính nhất quán trong sản xuất.

 

Yêu cầu đánh giá và báo giá DFM miễn phí

 

 

Lớp điện môi xác định độ tin cậy cách điện, độ bền nhiệt và độ ổn định cơ học của thanh cái nhiều lớp.

 

Thanh cái biến tần công suất cao-phải duy trì hiệu suất cách điện trong:

Đi xe đạp nhiệt

Chuyển đổi điện áp cao

Rung động cơ học

Tiếp xúc với độ ẩm

Vật liệu cách nhiệt thông dụng:

 

Vật liệu cách nhiệt	Đánh giá nhiệt độ	Độ bền điện môi	Ứng dụng điển hình
Phim Polyimide Kapton	269 ​​độ đến 400 độ	>200kV/mm	Vùng nhiệt độ cao của biến tần SiC
Phim PET	-40 độ đến 150 độ	150-250kV/mm	Mô-đun nguồn EV tiêu chuẩn
Giấy Nomex	Lên đến 220 độ	Khả năng chịu nhiệt cao	ESS và hệ thống điện công nghiệp

 

3.1 Sơn tĩnh điện Epoxy và màng cách nhiệt cho thanh cái nhiều lớp

 

tham số	Sơn bột Epoxy	Phim Polyimide/PET
độ dày lớp phủ	100-500μm	25-125μm
Độ bền điện môi	>15kV/mm	>150kV/mm
Chịu nhiệt độ	120-180 độ	150-400 độ
Kiểm soát độ dày	Trung bình	Cao
Ứng dụng	Các bộ phận 3D phức tạp	Cấu trúc nhiều lớp chính xác

 

Đối với thanh cái nhiều lớp biến tần EV, lớp cách điện màng mỏng mang lại khoảng cách điện môi nhỏ hơn, cải thiện hiệu suất điện từ.

 

Yêu cầu kiểm soát chất lượng:

Đo độ dày cách nhiệt

Thử nghiệm chịu được điện áp cao

Kiểm tra phóng điện cục bộ

Kiểm tra độ bám dính

Kiểm tra lão hóa nhiệt

 

Tiêu chuẩn xác nhận điển hình:

Phối hợp cách điện IEC 60664

Xếp hạng ngọn lửa UL 94 V-0

Kiểm tra môi trường ô tô ISO 16750

 

 

 

Thanh cái nhiều lớp yêu cầu liên kết nhiệt có kiểm soát giữa dây dẫn đồng và vật liệu cách điện.

 

Trình tự sản xuất bao gồm:

Cắt và dập tấm đồng

Làm sạch và làm sạch bề mặt

Xử lý mạ

Định vị màng cách nhiệt

Ép nóng chân không

Gia công thiết bị đầu cuối

Kiểm tra điện

 

4.1 Thông số quy trình ép nóng cho sản xuất cấp ô tô

Thông số sản xuất điển hình:

 

Thông số quy trình	Phạm vi kiểm soát
Nhiệt độ ép	150-220 độ
Áp lực ép	2-8MPa
Dung sai căn chỉnh lớp	± 0,1mm
Độ phẳng	Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05mm
Sức mạnh liên kết	Theo đặc điểm kỹ thuật vật liệu
Xác nhận sản xuất	PPAP cấp độ 3

 

Kiểm soát cán kém có thể gây ra:

Sự hình thành khoảng trống không khí

Điểm phóng điện cục bộ

Sự cố cách điện

Sự dịch chuyển lớp

Ép nóng chân không sẽ loại bỏ không khí bị mắc kẹt giữa các lớp đồng và chất điện môi, cải thiện độ tin cậy về điện lâu dài.

 

 

Các thiết bị đầu cuối dòng điện-cao yêu cầu các khớp nối có điện trở-thấp có khả năng xử lý chu trình nhiệt lặp đi lặp lại.

Các phương pháp nối phổ biến bao gồm hàn laser và hàn bạc điện trở.

 

Phương pháp hàn	Cu hàn laser-Al	Hàn bạc kháng chiến
Vùng ảnh hưởng nhiệt-	Bé nhỏ	lớn hơn
Sức mạnh chung	Cao	Cao
Điện trở	Thấp	Rất thấp
Tốc độ sản xuất	Cao	Trung bình
Vật liệu phù hợp	Kết hợp đồng, nhôm	Thiết bị đầu cuối đồng
Ứng dụng ô tô	Mô-đun pin, thiết bị đầu cuối biến tần	Cụm liên hệ hiện tại-cao

 

Đối với kết nối nhôm-đồng:

Thông số hàn laser phải kiểm soát độ xốp

Mật độ năng lượng chùm tia yêu cầu tối ưu hóa

Cần phải kiểm tra mặt cắt ngang

 

Đối với hàn bạc:

Lựa chọn hợp kim hàn ảnh hưởng đến độ dẫn điện

Độ hở chung phải được kiểm soát

Chất lượng liên kết luyện kim đòi hỏi phải kiểm tra bằng kính hiển vi

 

Xác minh chất lượng bao gồm:

Phân tích mặt cắt ngang mối hàn

Kiểm tra độ bền kéo

Đo điện trở

Xác nhận chu trình nhiệt

 

 

 

Thanh cái nhiều lớp dành cho ô tô yêu cầu quy trình sản xuất được kiểm soát từ xác nhận nguyên mẫu đến sản xuất hàng loạt.

Hạ Môn Apollo áp dụng:

 

6.1 Kiểm tra kích thước theo yêu cầu dung sai ± 0,01mm

 

Thiết bị kiểm tra:

Máy đo tọa độ CMM

Hệ thống đo quang

Máy đo độ dày

Máy đo độ nhám bề mặt

 

Kích thước quan trọng:

Vị trí lỗ đầu cuối

Căn chỉnh lớp đồng

Giải phóng mặt bằng cách nhiệt

Giao diện gắn kết

 

6.2 Kiểm tra độ tin cậy và điện

 

Khả năng kiểm tra bao gồm:

 

Mục kiểm tra	Tiêu chuẩn/Yêu cầu
Thử nghiệm chịu điện môi	>Khả năng cách điện 15kV/mm
Kiểm tra điện trở DC	Đo mức vi-ohm
Đi xe đạp nhiệt	ISO 16750
Xịt muối	ISO 9227
Kiểm tra áp suất nổ	Đối với cấu trúc làm mát tích hợp
Tài liệu PPAP	Cấp 3

 

Gói chất lượng bao gồm:

Sơ đồ quy trình

PFMEA

Kế hoạch kiểm soát

MSA

dữ liệu SPC

Giấy chứng nhận vật liệu

 

 

Thanh cái nhiều lớp biến tần công suất cao-yêu cầu điều khiển đồng thời các thông số điện, nhiệt, cơ khí và sản xuất. Cấu trúc có độ tự cảm thấp dưới 10nH phụ thuộc vào tính đối xứng của dây dẫn, kiểm soát độ dày điện môi, lựa chọn vật liệu đồng và quy trình cán màng chính xác.

 

Đối với các hệ thống chuyển đổi năng lượng EV, ESS và quang điện, Xiamen Apollo cung cấpthanh cái nhiều lớp tùy chỉnhsản xuất từ ​​phân tích DFM, phát triển dụng cụ, dập, hàn, cán màng cách nhiệt, kiểm tra và phân phối PPAP Cấp 3.

 

 

1. Thời gian giao hàng PPAP cấp 3 điển hình cho thanh cái nhiều lớp tùy chỉnh là bao lâu?

Việc phân phối PPAP Cấp 3 thường yêu cầu 4-8 tuần sau khi phê duyệt dụng cụ, bao gồm xác nhận kích thước, xác minh vật liệu và tài liệu sản xuất.

 

2. Các nhà sản xuất thanh cái nhiều lớp có thể đảm bảo tuổi thọ khuôn cho sản xuất ô tô không?

Đúng. Khuôn dập lũy tiến được theo dõi bằng các kế hoạch bảo trì phòng ngừa và thường được thiết kế cho hơn 500.000 chu kỳ dập.

 

3. Độ dày cách điện được kiểm tra trên thanh cái nhiều lớp như thế nào?

Độ dày cách điện được xác minh thông qua đo độ dày, thử nghiệm khả năng chịu điện môi và xác nhận cách điện theo tiêu chuẩn IEC.