Guia de disseny de barres laminades: minimització de la inductància dispersa en inversors{0}}d'alta potència

Les barres laminades redueixen la inductància del bucle de commutació de l'inversor mitjançant la integració de conductors positius i negatius en una estructura compacta en capes amb espai dielèctric controlat. Per als mòduls de potència SiC i IGBT, una barra colectora laminada dissenyada adequadament pot aconseguir una inductància dispersa per sota de 10 nH, reduint la sobrecàrrega de tensió durant la commutació d'alta-freqüència.

 

Xiamen Apollo Technology fabrica barres colectores laminades personalitzades amb coure pur C1100, estampació de precisió, soldadura per difusió molecular i processos de premsat en calent multi-. El rendiment elèctric es verifica mitjançant la inspecció de CMM, les proves de resistència dielèctrica i la documentació PPAP de nivell 3 per a aplicacions d'automoció i emmagatzematge d'energia.

 

 

 

Els inversors de tracció de vehicles elèctrics moderns i els sistemes de conversió d'energia ESS adopten cada cop més MOSFET SiC i mòduls IGBT{0}}d'alta velocitat. Aquests dispositius canvien a freqüències més altes amb temps de pujada més curts, cosa que fa que la inductància parasitària dins de l'estructura de l'enllaç DC sigui un factor directe que afecti els pics de tensió i la fiabilitat dels semiconductors.

 

La relació entre la inductància dispersa i la superació de la tensió de commutació és la següent:

ΔV=L × di/dt

On:

Excés de tensió ΔV =

L=inductància dispersa del bucle de corrent

di/dt=velocitat de commutació actual

Per a un inversor EV de 800 V que funciona amb mòduls SiC:

 

Paràmetre	Barra convencional	Disseny de barra colectora laminat
Inductància de l'enllaç DC	50-150nH	<10nH
Espaiat dels conductors	5-15 mm	Capa dielèctrica de 0,1-1 mm
Camí actual	Separa barres positives/negatives	Estructura laminada paral·lela
Cancel·lació del camp magnètic	Limitat	Optimitzat
Excés de tensió de commutació	Més alt	Reduït

 

L'estructura laminada col·loca conductors positius i negatius a prop. Les direccions de corrent oposades generen camps magnètics oposats, reduint el flux magnètic extern i reduint la inductància del bucle.

 

1.1 Principi de cancel·lació de camp magnètic amb optimització de la capa de coure

Un disseny de barres laminades depèn de:

Selecció de gruix de coure

Disposició de capes

Gruix dielèctric

Posició terminal

Simetria de distribució actual

 

Paràmetres típics de la barra colectora laminat de l'inversor EV:

Material de coure: coure electrolític C1100 resistent

Conductivitat: superior o igual al 99% IACS

Gruix del coure: 0,5 mm-5 mm

Tolerància a la planitud: inferior o igual a 0,05 mm

Tolerància de la posició del terminal: ± 0,1 mm

Tractament superficial: niquelat/estanyat

La geometria desigual del conductor crea una concentració de corrent localitzada, augmentant tant la resistència com la interferència electromagnètica.

 

 

 

El material conductor determina directament la-capacitat de transport de corrent, el rendiment tèrmic i la fiabilitat-a llarg termini.

 

Per a les aplicacions d'inversor EV i ESS, es prefereix coure pur a causa de la seva major conductivitat elèctrica i menor escalfament Joule.

 

Propietat material	C1100 Coure pur	C2680 Llautó
Contingut de coure	Superior o igual al 99,90%	60-65%
Conductivitat	Superior o igual al 99% IACS	26-30% IACS
Resistivitat	0,0172 Ω·mm²/m	Més alt
Conductivitat tèrmica	~390 W/m·K	~120 W/m·K
Aplicació típica	Barra de potència, enllaç DC inversor	Terminals mecànics, connectors
Capacitat de transport de corrent	Alt	Mitjana

 

El coure C1100 està seleccionat per a:

Barres del paquet de bateries EV

Conjunts d'enllaç DC inversor SiC

Connexions PCS d'emmagatzematge d'energia

Mòduls d'alimentació de pila de càrrega

El llautó C2680 s'utilitza principalment quan es prioritza la resistència mecànica i el rendiment de conformació.

 

2.1 Control d'estampació i conformació de precisió segons els requisits de la IATF 16949

Les barres colectores laminades d'alta-intensitat sovint requereixen una geometria de terminal complexa, que inclou:

flexió de 90 graus
Forats terminals
Ranures de posicionament
Premeu -ajusta les estructures
En-punts de reblat

 

Paràmetres de fabricació:

Tolerància d'estampació progressiva de matriu: ± 0,01 mm
Control de l'alçada de la rebaba: inferior o igual al 10% de gruix del material
Supervisió de la vida útil de l'eina: superior o igual a 500.000 cicles d'estampació
Inspecció dimensional CMM: 100% per a dimensions crítiques

El reblat en-de matriu integra la fixació mecànica en el procés d'estampació, reduint la variació del muntatge i millorant la consistència de la producció.

 

Sol·liciteu una avaluació i un pressupost gratuïts de DFM

 

 

La capa dielèctrica determina la fiabilitat de l'aïllament, la resistència tèrmica i l'estabilitat mecànica de les barres laminades.

 

Una barra colectora d'inversor d'alta potència-ha de mantenir el rendiment d'aïllament sota:

Cicle tèrmic

Commutat d'alta tensió

Vibració mecànica

Exposició a la humitat

Materials d'aïllament comuns:

 

Material d'aïllament	Classificació de temperatura	Força dielèctrica	Aplicació típica
Pel·lícula de poliimida Kapton	269 ​​graus a 400 graus	>200 kV/mm	Zones d'alta temperatura del inversor de SiC
Pel·lícula PET	-40 graus a 150 graus	150-250kV/mm	Mòduls d'alimentació EV estàndard
Paper Nomex	Fins a 220 graus	Alta resistència tèrmica	ESS i sistemes d'alimentació industrials

 

3.1 Recobriment en pols epoxi vs aïllament pel·lícula per a barres de bus laminat

 

Paràmetre	Recobriment en pols epoxi	Pel·lícula de poliimida/PET
Gruix del recobriment	100-500μm	25-125μm
Rigidesa dielèctrica	>15 kV/mm	>150 kV/mm
Resistència a la temperatura	120-180 graus	150-400 graus
Control de gruix	Mitjana	Alt
Aplicació	Parts 3D complexes	Estructures laminades de precisió

 

Per a les barres colectores laminates d'inversor EV, l'aïllament de pel·lícula fina proporciona un espai dielèctric més petit, millorant el rendiment electromagnètic.

 

Controls de qualitat requerits:

Mesura del gruix d'aïllament

Prova de resistència a alta tensió

Prova de descàrrega parcial

Prova d'adhesió

Prova d'envelliment tèrmic

 

Estàndards de validació típics:

Coordinació d'aïllament IEC 60664

Classificació de flama UL 94 V-0

Assajos ambientals d'automoció ISO 16750

 

 

 

Les barres laminades multi-capes requereixen una unió tèrmica controlada entre els conductors de coure i els materials d'aïllament.

 

La seqüència de fabricació inclou:

Tall i estampació de xapes de coure

Desbarbat i neteja de superfícies

Tractament de xapat

Col·locació de pel·lícules d'aïllament

Premsat en calent al buit

Mecanitzat de terminals

Inspecció elèctrica

 

4.1 Paràmetres del procés de premsat en calent per a la producció de grau d'automoció

Paràmetres típics de producció:

 

Paràmetre de procés	Interval de control
Premeu la temperatura	150-220 graus
Pressió de premsa	2-8MPa
Tolerància d'alineació de capes	± 0,1 mm
Planitud	Menor o igual a 0,05 mm
Força d'unió	Segons les especificacions del material
Validació de la producció	PPAP Nivell 3

 

Un mal control de la laminació pot provocar:

Formació de buits d'aire

Punts de descàrrega parcial

Avaria de l'aïllament

Desplaçament de capa

El premsat en calent al buit elimina l'aire atrapat entre les capes de coure i dielèctrics, millorant la fiabilitat elèctrica{0}}a llarg termini.

 

 

Els terminals d'alta-intensitat requereixen juntes de baixa-resistència capaços de gestionar cicles tèrmics repetits.

Els mètodes d'unió habituals inclouen la soldadura làser i la soldadura de plata per resistència.

 

Mètode de soldadura	Soldadura làser Cu-Al	Soldadura de plata de resistència
Zona afectada per la calor-	Petit	Més gran
Força conjunta	Alt	Alt
Resistència elèctrica	Baixa	Molt baix
Velocitat de producció	Alt	Mitjana
Materials adequats	Combinacions de coure, alumini	Terminals de coure
Aplicació automotriu	Mòduls de bateries, terminals inversor	Assembles de contactes{0}}actuals alts

 

Per a connexions de coure-alumini:

Els paràmetres de soldadura làser han de controlar la porositat

La densitat d'energia del feix requereix una optimització

És necessària la-inspecció transversal

 

Per a la soldadura de plata:

La selecció de l'aliatge de soldadura forta afecta la conductivitat

S'ha de controlar el despatx conjunt

La qualitat de l'enllaç metal·lúrgic requereix una inspecció microscòpica

 

La verificació de qualitat inclou:

Anàlisi de la-secció transversal de la soldadura

Assaig de resistència a la tracció

Mesura de la resistència elèctrica

Validació del cicle tèrmic

 

 

 

Les barres laminades per a automòbils requereixen processos de fabricació controlats des de la validació de prototips fins a la producció en massa.

Xiamen Apollo aplica:

 

6.1 Inspecció dimensional segons els requisits de tolerància de ± 0,01 mm

 

Equip d'inspecció:

Màquina de mesura de coordenades CMM

Sistema òptic de mesura

Calibre de gruix

Provador de rugositat superficial

 

Dimensions crítiques:

Posició del forat del terminal

Alineació de la capa de coure

Lliurament d'aïllament

Interfície de muntatge

 

6.2 Assajos elèctrics i de fiabilitat

 

La capacitat de prova inclou:

 

Element de prova	Estàndard / Requisit
Prova de resistència dielèctrica	>Capacitat d'aïllament de 15 kV/mm
Prova de resistència DC	Mesura de nivell de micro-ohms
Cicle tèrmic	ISO 16750
Esprai de sal	ISO 9227
Prova de pressió d'esclat	Per a estructures de refrigeració integrades
Documentació PPAP	Nivell 3

 

El paquet de qualitat inclou:

Diagrama de flux del procés

PFMEA

Pla de control

MSA

Dades SPC

Certificats de material

 

 

Les barres colectores laminates d'inversor d'alta potència- requereixen un control simultani dels paràmetres elèctrics, tèrmics, mecànics i de fabricació. Una estructura de baixa inductància per sota de 10 nH depèn de la simetria del conductor, el control del gruix dielèctric, la selecció del material de coure i els processos de laminació de precisió.

 

Xiamen Apollo ofereix per a sistemes de conversió d'energia EV, ESS i fotovoltaicabarra colectora laminat a midafabricació a partir d'anàlisi DFM, desenvolupament d'eines, estampació, soldadura, laminació d'aïllament, inspecció i lliurament PPAP de nivell 3.

 

 

1. Quin és el termini de lliurament típic de PPAP Nivell 3 per a barres de bus laminats personalitzades?

L'entrega de PPAP de nivell 3 sol requerir entre 4 i 8 setmanes després de l'aprovació de l'eina, inclosa la validació dimensional, la verificació del material i la documentació de producció.

 

2. Els fabricants de barres colectores laminats poden garantir la vida útil del motlle per a la producció d'automòbils?

Sí. Les matrius d'estampació progressiva es controlen amb plans de manteniment preventiu i normalment es dissenyen per a més de 500.000 cicles d'estampació.

 

3. Com es prova el gruix d'aïllament a les barres colectores laminades?

El gruix de l'aïllament es verifica mitjançant la mesura del gruix, les proves de resistència dielèctrica i la validació d'aïllament elèctric segons els estàndards IEC.