Barres colectores d'inversor laminat: principi de reducció de la inductància parasitària i consideracions clau per al disseny d'alta corrent

L'avantatge bàsic de la barra de coure laminat prové de la seva estructura laminat "entrepà"-les capes de coure conductores positives i negatives s'apilen entre si a través d'un medi aïllant (com ara poliimida o resina epoxi), formant bucles conductors amb direccions de corrent oposades i posicions espacials superposades. Quan passa un corrent-alta i alta-, el corrent de les capes de coure positiva i negativa genera camps magnètics d'igual magnitud però de direcció oposada. Aquests camps magnètics s'anul·len mútuament, debilitant significativament l'enllaç del flux magnètic total del bucle i reduint així significativament la inductància parasitària. Les dades de mesura reals mostren que una barra de coure laminat de 200 mm de llarg, 100 mm d'ample i 0,5 mm de gruix pot controlar la seva inductància paràsit a 3-5 nH, mentre que la inductància parasitària d'una barra paral·lela de la mateixa mida pot arribar fins a 110 nH, una diferència de més de 20 vegades. Aquesta característica de baixa inductància no només suprimeix els pics de tensió, sinó que també redueix les pèrdues de commutació, redueix la interferència electromagnètica (EMI) i millora l'eficiència i la fiabilitat generals del sistema.

El disseny de barres de bus laminat per a telecomunicacions requereix atenció a quatre elements bàsics: en primer lloc, les capes de coure positives i negatives han de ser estrictament paral·leles i solapades per maximitzar l'àrea de superposició del camí actual i minimitzar l'àrea de bucle restant; en segon lloc, el gruix de la capa d'aïllament s'ha de minimitzar tant com sigui possible, teòricament, com més petit sigui l'espai, més significatiu serà l'efecte de cancel·lació del camp magnètic; en tercer lloc, l'amplada de la barra de bus laminat s'ha de dissenyar de manera raonable, ja que una capa de coure més àmplia pot millorar la uniformitat de la distribució de corrent sota l'efecte de pell d'alta{0}}freqüència i suprimir encara més la inductància; en quart lloc, les posicions dels forats de muntatge s'han de disposar simètricament per garantir que la distància de connexió entre els dispositius d'alimentació (com els IGBT) i els condensadors de suport de CC es redueixi al mínim, reduint la inductància de bucle addicional. A més, les barres d'inversor laminat també tenen avantatges com ara una gran capacitat de transport de corrent (3-5A/mm² per unitat-de secció transversal), una alta eficiència de dissipació de calor (l'estructura fina de coure multi-que augmenta l'àrea de dissipació de la calor) i una estructura compacta (el disseny integrat substitueix els cables dispersos) i s'utilitzen escenaris fotovoltaics d'alta intensitat, com ara els nous escenaris fotovoltaics. convertidors d'emmagatzematge d'energia, convertidors de freqüència industrials i sistemes de tracció de trànsit ferroviari.

La quantificació de la inductància parasitària requereix una prova de doble-pols, que és un mètode de prova-estàndard de la indústria. Durant la prova, s'ha de construir un circuit de mig-pont. S'aplica un senyal de doble-pols a través de l'interruptor-lateral baix i es mesuren la tensió de l'emissor-del col·lector (Vce) i les formes d'ona de corrent del dispositiu-del braç superior (com ara un IGBT). És important seleccionar el transitori d'activació-(en lloc del transitori d'activació-desactivat) per a la mesura, ja que el canvi de corrent és més estable a l'encesa-, evitant les interferències del corrent de recuperació inversa del díode de roda lliure. D'acord amb la fórmula L=ΔVce / (di/dt), la inductància paràsita total del bucle es pot calcular llegint l'espiga de tensió (ΔVce) i la taxa de canvi de corrent (di/dt) a l'instant de gir-. En mesuraments reals, la inductància paràsita del bucle utilitzant connectors de barres laminats és típicament d'uns 75 nH, mentre que la de les barres tradicionals paral·leles supera els 200 nH, verificant els avantatges significatius de l'estructura laminat.

A l'hora de seleccionar una font d'alimentació, s'ha de triar la solució adequada en funció de la classificació actual: per a aplicacions per sota de 100 A, es poden utilitzar solucions d'alimentació de barres laminades convencionals amb un gruix de capa d'aïllament de 0,2-0,3 mm; per a aplicacions de 100-500A, es requereix una capa de coure més gruixuda i una capa d'aïllament de 0,3-0,5 mm; per a aplicacions de 500-1000A, és necessària una estructura apilada multicapa amb un gruix de capa d'aïllament de 0,5 mm; i per a aplicacions superiors a 1000 A, es requereix un disseny personalitzat, amb distribució de corrent i resistència al curtcircuit optimitzats mitjançant simulació. El procés de disseny ha d'adherir-se al principi de minimitzar l'àrea del bucle actual, alhora que té en compte els requisits de dissipació de calor i la resistència mecànica. Per a aplicacions d'alta tensió, també s'ha de verificar la tensió de resistència de l'aïllament.