تحلیل جامع فناوری بهینه‌سازی اندوکتانس برای شنت‌ها و شینه‌های چند لایه: از اصول تا تمرین شبیه‌سازی المان محدود

اصل اندوکتانس پایین در میلگردهای قدرت چند لایه
اصل کار در پشت اندوکتانس پایین میلگردهای قدرت چند لایه به شرح زیر است: اندوکتانس رسانا به شکل هادی، فاصله مسیر کموتاسیون جریان، و هندسه اندوکتانس پایین ذاتی در آرایش هادی موازی بستگی دارد. برای به حداقل رساندن اندوکتانس، میله های قدرت چند لایه هادی ها را در مجاورت بسیار نزدیک قرار می دهند. در برخی موارد، فاصله بین هادی های مثبت و منفی کمتر از 100 میکرومتر است.

یک مثال مقایسه ای این مزیت را نشان می دهد: یک جفت رسانای موازی به طول 1 متر و با فاصله 1 میلی متر از هم دارای اندوکتانس تقریباً 0.4 میکروهنری هستند. در حالی که این مقدار ممکن است در مدارهای مقیاس ماکرو{4} کم به نظر برسد، کاربردهای الکترونیک قدرت به سطوح اندوکتانس در محدوده نانوهنری نیاز دارند. با استفاده از یک ساختار شینه چند لایه، اندوکتانس معادل برای همان ابعاد را می توان به 50 نانوهنری کاهش داد که 88٪ کاهش می یابد. علاوه بر این، اگر از مواد عایق با کارایی بالا برای کاهش فاصله بین دو هادی به 0.2 میلی‌متر استفاده شود، می‌توان اندوکتانس را به زیر 20 نانوهنری کاهش داد. شینه هایی که از کاغذ عایق PET استفاده می کنند، برای دستیابی به این ساختار کاملاً چند لایه کلیدی هستند. کاغذ PET نه تنها عایق الکتریکی قابل اعتمادی را ارائه می دهد، بلکه مشخصات نازک آن نیز حداقل فاصله هادی را تسهیل می کند.

پیچیدگی های کاربردی کاربردی و ضرورت شبیه سازی-بهینه سازی مبتنی بر

در حالی که مدل ایده آل هادی های موازی که قبلا مورد بحث قرار گرفت، درک اصول اولیه و محاسبات ساده را تسهیل می کند، شینه های واقعی هندسه های بسیار پیچیده تری دارند و باید طیف وسیعی از الزامات طراحی را برآورده کنند. اینها شامل پایانه های اتصال (ارتباط به دستگاه های نیمه هادی، خازن ها، کابل های برق، یا شین های دیگر)، عایق بندی برای درجه بندی های ولتاژ خاص، اتلاف حرارت کافی، نصب قطعات و قابلیت ساخت هستند. در کاربردهای درایو فرکانس متغیر (VFD)، ویژگی های هارمونیک در فرکانس های مختلف و نیازهای مدیریت حرارتی نیز باید در نظر گرفته شود.

به طور سنتی، اندوکتانس باسبار در آزمایشگاه یا در فرآیندهای میدانی اندازه‌گیری می‌شود-که به تجهیزات بسیار تخصصی، تنظیم دقیق و ساخت حداقل یک نمونه فیزیکی نیاز دارند. یک چالش دیگر این است که حتی تغییرات جزئی در هندسه باسبار می تواند تأثیر قابل توجهی بر اندوکتانس داشته باشد و آزمایش تکراری و بهینه سازی از طریق نمونه سازی فیزیکی را دشوار کند. در مقابل، شبیه سازی اجزای محدود نیاز به نمونه های اولیه فیزیکی را از بین می برد. بهبودهای طراحی را می توان به راحتی در یک مدل سه بعدی پیاده سازی کرد و امکان تکرار سریع به سمت راه حل های القایی پایین{4}}. علاوه بر این، شبیه‌سازی امکان تجزیه و تحلیل همزمان ویژگی‌هایی مانند توزیع جریان و پروفیل‌های حرارتی را فراهم می‌آورد که منجر به محصولی بسیار بهینه می‌شود. در برنامه‌های توزیع برق پشتی مرکز داده، بهینه‌سازی مبتنی بر شبیه‌سازی، برآوردن الزامات دوگانه اندوکتانس کم و توزیع جریان یکنواخت را ممکن می‌سازد.