Anàlisi de tendències i aplicacions en tecnologia de barres de bus laminat: solucions de connexió de baixa-inductància per a sistemes elèctrics d'alta-potència

 

Amb el ràpid desenvolupament de sectors com els vehicles d'energia nova (NEV), els sistemes d'emmagatzematge d'energia, les fonts d'alimentació industrials i les xarxes intel·ligents, els equips d'electrònica de potència evolucionen cap a densitats de potència més altes, classificacions de tensió més altes i estructures més compactes. En aquest context, les connexions de cable tradicionals i les estructures estàndard de barres de coure són cada cop més incapaços de satisfer les demandes d'aplicacions que impliquen commutació d'alta-velocitat, operació d'alta-freqüència i entorns complexos de gestió tèrmica.

 

Com a component d'interconnexió elèctrica avançada, la barra colectora laminada-formada mitjançant la laminació de múltiples capes de conductors i materials aïllants en una estructura integrada-redueix eficaçment la inductància parasitària en el bucle de corrent i millora la velocitat de resposta del sistema i l'estabilitat operativa. Actualment, aquesta tecnologia s'aplica àmpliament en sistemes d'accionament elèctric NEV, convertidors d'emmagatzematge d'energia, inversors industrials, trànsit ferroviari i sistemes d'alimentació d'alt rendiment-.

 

En comparació amb els mètodes de connexió tradicionals, l'avantatge principal de les barres colectores laminades rau en l'optimització de les vies de transmissió actuals. Apilant estretament conductors positius i negatius (o conductors a diferents potencials), es minimitza l'àrea del bucle de corrent; això permet que els camps magnètics generats pels corrents que flueixen en direccions oposades s'anul·lin entre si, reduint així la inductància dispersa. Això és especialment crític per als sistemes que utilitzen dispositius d'energia d'alta-velocitat, com ara IGBT i MOSFET SiC, ja que mitiga eficaçment els pics de tensió durant la commutació i millora la fiabilitat dels equips.

 

En el sector NEV, l'actualització contínua de les plataformes d'alta-tensió requereix components d'interconnexió elèctrica per satisfer simultàniament les demandes d'alta capacitat de càrrega-de corrent, disseny lleuger i optimització de l'espai. Per exemple, la barra colectora de la unitat de distribució d'energia (PDU) en sistemes de bateries d'alta-tensió ha de gestionar la distribució d'energia, les connexions de protecció i la conducció de corrent fiable, la qual cosa exigeix ​​més les propietats del material i el disseny estructural.

 

De cara al futur, amb el desenvolupament de plataformes de 800 V i de voltatge superior, les barres colectores laminades tindran un paper cada cop més fonamental en els nous sistemes de propulsió energètica.
 

 

Les barres colectores laminats consisteixen normalment en capes conductores, capes aïllants i capes protectores. Els conductors estan fets principalment de coure o alumini d'alta conductivitat, mentre que els materials aïllants-com ara PET, PI o resina epoxi-es seleccionen en funció de la tensió nominal, els entorns tèrmics i els requisits específics d'aplicació.

 

El procés de fabricació generalment implica estampació de precisió, plegat, tractament de superfícies, laminació d'aïllament i modelat per laminació final. Controlant amb precisió l'espai entre capes i les dimensions estructurals, es pot aconseguir una baixa-inductància i una transmissió d'energia altament fiable.

 

En els sistemes d'alimentació de commutació d'alta-velocitat, la inductància afecta directament el rendiment dels components d'alimentació. Una inductància de bucle excessiva pot provocar pics d'alta tensió durant els transitoris de commutació, comprometent el funcionament segur dels components. En conseqüència, el disseny de baixa-inductància és una especificació tècnica crítica per a barres colectores laminades.

 

Per a aplicacions d'-accionaments d'alta velocitat en automatització industrial, les barres colectores laminats dissenyades per a variadors de freqüència (VFD) optimitzen la disposició dels conductors per reduir la longitud del bucle de corrent, millorant així l'eficiència operativa del sistema de freqüència variable.

 

A més de reduir la inductància, les barres colectores laminades ofereixen els següents avantatges:

 

En primer lloc, milloren l'ús de l'espai. Els arnes de cablejat tradicionals requereixen un espai d'encaminament important, mentre que l'estructura laminada integra múltiples camins conductors en una empremta compacta, permetent dissenys d'equips més compactes.

 

En segon lloc, milloren les capacitats de gestió tèrmica. Els conductors de coure de gran-superfície-redueixen la densitat de corrent localitzada i l'augment de la temperatura, millorant l'estabilitat operativa-a llarg termini.

 

En tercer lloc, augmenten la fiabilitat del muntatge. L'estructura integrada minimitza el nombre de punts de connexió, reduint el risc de fallades causades per factors com ara cargols solts o oxidació del contacte.

 

En l'àmbit de la informàtica d'alt-rendiment, els sistemes d'alimentació han de suportar un lliurament de corrent d'alta-velocitat i-alta; així, les barres colectores laminates dissenyades per a plaques de circuits de superordinadors o plaques posteriors compleixen els requisits per a connexions d'alimentació compactes i altament fiables en servidors i plataformes de computació.

 

 

 

En l'actualitat, la creixent demanda de barres colectores laminates està impulsada principalment per sectors com els vehicles de nova energia (NEV), els sistemes d'emmagatzematge d'energia, els inversors industrials i els centres de dades.

 

Els paquets de bateries, els controladors de motor i els sistemes de distribució d'energia d'alta{0}}tensió als NEV requereixen estructures de transmissió d'energia estables i fiables. En comparació amb les connexions tradicionals de filferro de coure, les barres colectores laminades redueixen el pes i milloren la utilització de l'espai alhora que garanteixen un funcionament fiable sota les condicions propenses a vibracions-típiques dels entorns dels vehicles.

 

En els sistemes de control de motors, les barres del controlador de motor gestionen connexions de corrent elevat-entre mòduls de potència, que requereixen poca resistència, baixa inductància i una excel·lent dissipació de calor. A mesura que la potència de sortida dels NEV augmenta, aquestes aplicacions posen exigències cada cop més estrictes en el disseny de barres.

 

El creixement de la indústria d'emmagatzematge d'energia també ha impulsat actualitzacions tecnològiques per a les barres colectores laminats. Els-sistemes d'emmagatzematge d'energia a gran escala-que inclouen grups de bateries, mòduls de conversió d'energia i unitats de control-requereixen estructures de distribució d'energia altament fiables. L'optimització del disseny laminat ajuda a reduir les pèrdues del sistema i millorar l'eficiència de conversió d'energia.

 

En el sector de les infraestructures de telecomunicacions, l'augment de la demanda d'energia de les estacions base 5G i els equips informàtics de punta han fet que les estructures de distribució d'energia d'alta-densitat siguin un focus clau. Les barres colectores laminats dissenyades per a la distribució d'energia de l'estació base cel·lular permeten distribucions d'energia més estables i compactes dins dels equips de telecomunicacions.

 

Mentrestant, els centres de dades estan establint nous requisits per a la distribució d'energia d'alta-potència-densitat. Donat l'espai limitat dins dels bastidors de servidors, calen solucions de connexió d'alimentació eficients, segures i fiables. En conseqüència,barres colectores laminades per a la distribució d'energia-en racks'estan convertint cada cop més en un component vital dels sistemes d'alimentació moderns dels centres de dades.