فن‌آوری‌های کلیدی برای بهبود چگالی توان: تجزیه و تحلیل دانش صنعت شینه‌های چند لایه

با توسعه سریع وسایل نقلیه انرژی جدید، سیستم‌های ذخیره انرژی، مبدل‌های صنعتی، و{0}}تجهیزات الکترونیکی با توان فرکانس بالا، ساختار شینه‌های مسی سنتی دیگر نمی‌توانند نیازهای چگالی توان بالا، کوچک‌سازی و تلفات کم را برآورده کنند. در مقابل این پس‌زمینه، شین‌های چند لایه به تدریج به جزء مهمی از سیستم‌های اتصال برق مدرن تبدیل شده‌اند. به عنوان یک راه حل اتصال رسانای یکپارچه، اندوکتانس انگلی کم، ظرفیت حمل جریان بالا و سازگاری الکترومغناطیسی عالی را از طریق لایه‌گذاری کامپوزیت چندین رسانا و مواد عایق به دست می‌آورد و به طور گسترده در سناریوهای-فرکانس،{{4}بالا{4} ولتاژ و{5}بالا استفاده می‌شود.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شینه های چند لایه اساساً میله های اتصال ساختار کامپوزیتی چند لایه هستند که معمولاً توسط لایه های متناوب رساناهای مسی یا آلومینیومی و رسانه های عایق تشکیل می شوند. در مقایسه با سازه‌های شینه مسی گسسته سنتی، آنها می‌توانند به طراحی مسیر جریان منطقی‌تر در یک فضای محدود دست یابند، در نتیجه کارایی و پایداری کلی سیستم را بهبود می‌بخشند. سیستم‌های الکترونیکی قدرت مدرن به طور فزاینده‌ای نیازمندی‌های بالاتری برای اندوکتانس کم، سوئیچینگ-سرعت بالا، و مدیریت حرارتی هستند. بنابراین، باسبارهای اندوکتانس پایین{4}}روکش شده به یک انتخاب مهم برای تجهیزات مبدل با عملکرد بالا تبدیل شده‌اند.

 

از نظر ساختاری، باسبارهای چند لایه را می توان به صورت ساختارهای دو لایه-، سه لایه-یا حتی چند لایه برای برآورده کردن الزامات برنامه خاص طراحی کرد. باسبارهای چند لایه سه لایه به ویژه در اینورترهای انرژی جدید و سیستم‌های PCS ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌شوند. با قرار دادن محکم الکترودهای مثبت و منفی، سطح حلقه به طور موثر کاهش می یابد و به میدان های مغناطیسی اجازه می دهد یکدیگر را خنثی کنند، بنابراین اندوکتانس انگلی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در مقایسه با سیستم‌های شینه مسی سنتی، اندوکتانس را می‌توان به حدود یک دهم راه حل اصلی کاهش داد، که برای عملکرد پایدار دستگاه‌های SiC با فرکانس بالا و ماژول‌های IGBT بسیار مهم است.

 

در سیستم‌های الکترونیکی{0}بالا، دستگاه‌های سوئیچینگ در هنگام کار با سرعت بالا مستعد افزایش ولتاژ و تداخل EMI هستند. استفاده از شینه‌های چند لایه در مبدل‌های-قدرت بالا می‌تواند به طور موثر این مشکل را کاهش دهد. به دلیل فاصله بسیار کم بین لایه های هادی، میدان های مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان های حلقه می توانند یکدیگر را خنثی کنند و در نتیجه نویز تابشی و تلفات سوئیچینگ را کاهش دهند. این ویژگی اندوکتانس پایین نه تنها قابلیت اطمینان سیستم را بهبود می بخشد، بلکه به کاهش اندازه فیلترها و هیت سینک ها کمک می کند و چگالی توان تجهیزات را بیشتر می کند.

 

با کاربرد وسیع دستگاه‌های کاربید سیلیکون در مقیاس-، تقاضا برای شینه‌های چند لایه سفارشی برای IGBT و شینه‌های چند لایه IGBT همچنان در حال رشد است. ماژول‌های IGBT نیازمندی‌های بسیار بالایی برای توزیع جریان یکنواخت و اتصالات القایی{2} پایین دارند، و ساختارهای چند لایه می‌توانند مسیرهای فعلی را بهینه کرده و کانون‌های محلی را کاهش دهند. برای توپولوژی‌های سه سطح، باسبارهای چند لایه برای اینورترهای سه سطح-می‌توانند به طور موثر نوسانات ولتاژ نقطه میانی را بهبود بخشند و پاسخ دینامیکی سیستم را افزایش دهند و در مبدل‌های انرژی جدید و مبدل‌های فرکانس صنعتی ارزشمند شوند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

صنعت وسایل نقلیه با انرژی جدید یکی از سریع‌ترین بخش‌های{0}}در حال رشد برای فناوری شینه‌های چند لایه است. شینه های چند لایه برای اتومبیل های الکتریکی به طور گسترده در سیستم های محرک الکتریکی، بسته های باتری، OBC ها و ماژول های DC/DC استفاده می شوند. در مقایسه با اتصالات سیم‌کشی سنتی، فضای نصب را کاهش می‌دهند، هدایت را بهبود می‌بخشند و وزن کلی خودرو را کاهش می‌دهند. با{4}}سکوهای ولتاژ بالا که به تدریج به سمت ولتاژهای 800 ولت و حتی ولتاژهای بالاتر حرکت می‌کنند، شینه‌های اینورتر ولتاژ بالا{6} با الزامات بالاتری برای عملکرد عایق، مقاومت در برابر ولتاژ و پایداری حرارتی مواجه هستند. سازه های چند لایه بهتر این شرایط پیچیده عملیاتی را برآورده می کنند.

 

در زمینه ذخیره سازی انرژی و تامین برق (منبع برق بدون وقفه)، شین های سیستم و سازه های چند لایه نیز کاربرد فراوانی دارند. سیستم‌های یو پی اس برای پایداری منبع تغذیه و عملکرد کم{1}}ضرورت بسیار بالایی دارند. شینه های چند لایه می توانند افزایش دمای سیستم را کاهش دهند، راندمان انتقال انرژی را بهبود بخشند و قابلیت اطمینان عملیاتی بلند مدت تجهیزات را افزایش دهند. علاوه بر این، در تجهیزات ارتباطی، باسبارهای چند لایه برای توزیع برق مخابراتی و گذرگاه‌های چند لایه برای هواپیماهای پشتی روترهای اینترنتی به تدریج جایگزین راه‌حل‌های سنتی اتصال کابلی می‌شوند تا نیازهای فضایی کابینت‌های با تراکم بالا-را برآورده کنند.

 

بخش حمل و نقل ریلی همچنین یک منطقه کاربردی مهم برای شین های چند لایه است. شینه‌های چند لایه مترو و شینه‌های کامپوزیتی برای منبع تغذیه قطار، ماژول‌های قدرت چهار{1} ربع به طور گسترده در سیستم‌های منبع تغذیه کششی قطار و ماژول‌های مبدل چهار{2}}ربع استفاده می‌شوند. از آنجایی که سیستم های حمل و نقل ریلی تحت ارتعاش زیاد، جریان بالا و محیط های پیچیده الکترومغناطیسی کار می کنند، الزامات پایداری برای سیستم اتصال بسیار زیاد است. شینه های چند لایه نه تنها مقاومت در برابر لرزش را بهبود می بخشند، بلکه خطرات EMC سیستم را کاهش می دهند و قابلیت اطمینان کلی منبع تغذیه را افزایش می دهند.

 

علاوه بر حوزه‌های صنعتی و انرژی‌های جدید، شین‌های چند لایه نیز به طور فزاینده‌ای در زمینه‌های پیشرفته مانند تجهیزات پزشکی، نورپردازی صحنه و مراکز داده استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، میله‌های اتوبوس چند لایه برای دستگاه‌های آزمایش تصویربرداری پزشکی، نیازهای کم صدا و پایداری بالای تجهیزات تصویربرداری پزشکی را برآورده می‌کنند. میله‌های اتوبوس چند لایه برای توزیع برق رک-برای سیستم‌های منبع تغذیه رک سرور با چگالی بالا مناسب هستند. و میله‌های اتوبوس چند لایه برای مونتاژ PDA (یکی از{4}}در-سیستم روشنایی صحنه) شروع به استفاده در ماژول‌های منبع تغذیه با فرکانس بالا برای تجهیزات روشنایی صحنه شده‌اند.

 

از منظر تولید، باس بارهای چند لایه معمولاً با استفاده از فرآیندهایی مانند پرس گرم خلاء، چسباندن لمینیت یا قالب‌گیری تولید می‌شوند. مواد عایق اغلب از مواد عایق بالا مانند پلی‌آمید، PET و رزین اپوکسی برای اطمینان از مقاومت ولتاژ و پایداری حرارتی در طول کارکرد طولانی مدت استفاده می‌کنند. برای طرح‌بندی‌های فضایی پیچیده، میله‌های اتوبوس نیمه چند لایه می‌توانند از ساختار چند لایه در مناطق محلی استفاده کنند، انعطاف‌پذیری نصب را با عملکرد اندوکتانس پایین متعادل می‌کنند، و آنها را برای سناریوهای خاص مانند شینه‌های چند لایه برای نصب شینه‌های پیچیده مناسب می‌سازند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

در طول فرآیند طراحی، مهندسان معمولاً طراحی را با در نظر گرفتن ظرفیت فعلی، نیازهای افزایش دما، فاصله عایق و عملکرد EMC بهینه می‌کنند. یک طرح‌بندی خوب-هادی نه تنها تلفات سیستم را کاهش می‌دهد، بلکه راندمان اتلاف گرما را نیز بهبود می‌بخشد. از آنجایی که شینه های چند لایه رسانایی و پشتیبانی ساختاری را با هم ترکیب می کنند، به عنوان شینه های چند لایه، قطعات الکترونیکی غیرفعال طبقه بندی می شوند و نقش مهمی را در سیستم های قدرت مدرن و بسیار یکپارچه ایفا می کنند.

 

به طور کلی،شینه چند لایهفناوری توسعه دستگاه های الکترونیکی قدرت را به سمت چگالی توان بالاتر، تلفات کمتر و اندازه کوچکتر سوق می دهد. با ارتقای مستمر انرژی جدید، ذخیره انرژی، حمل‌ونقل ریلی و صنایع تولیدی پیشرفته، شین‌های چند لایه نقش مهم‌تری در سیستم‌های برق-بالا، فرکانس بالا{3} و بسیار یکپارچه آینده خواهند داشت و به تدریج به یک جزء اساسی برای انتقال برق و اتصال برق مدرن تبدیل می‌شوند.