شینه های چند لایه: هر چه لایه ها بیشتر باشد، بهتر است

شینه های چند لایه، به عنوان اجزای رسانا و اتصال کلیدی در سیستم های الکترونیک قدرت، به سادگی با "لایه های بیشتر، بهتر" طراحی نشده اند. در عوض، طراحی آنها شامل یک مبادله مهندسی سیستماتیک- بین عملکرد الکتریکی، قابلیت‌های مدیریت حرارتی، محدودیت‌های فضا و هزینه کل چرخه عمر است. در کاربردهای عملی، تعداد لایه‌ها در شین‌های چند لایه به طور مستقیم بر توزیع مسیر جریان، پارامترهای انگلی (مانند اندوکتانس سرگردان و ظرفیت توزیع‌شده)، و قابلیت اطمینان کلی سیستم تأثیر می‌گذارد. بنابراین، یک تطابق منطقی بر اساس سناریوهای کاربردی خاص، به جای دنبال کردن صرف تجمیع پارامترها، ضروری است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

از نظر ساختاری، شینه های مسی چند لایه با لایه های متناوب فویل مس رسانا و دی الکتریک عایق تشکیل می شوند. تعداد لایه های مختلف مربوط به کوپلینگ الکترومغناطیسی مختلف و ویژگی های انتشار حرارتی است. ساختار دو لایه معمولاً پیکربندی اولیه است که هزینه-اثربخشی بالا و فرآیندهای تولید بالغ را ارائه می‌دهد. برای کاربردهایی با الزامات القایی نسبتاً آرام و سازگاری الکترومغناطیسی (EMC) مانند منابع تغذیه عمومی صنعتی یا سیستم‌های{5} کم توان مناسب است. این نوع میله مسی چند لایه، در حالی که ظرفیت حمل{7} جریان اولیه را حفظ می‌کند، القایی انگلی را در مقایسه با شینه‌ها یا کابل‌های مسی سنتی کاهش می‌دهد و برخی از قابلیت‌های بهینه‌سازی فضا را ارائه می‌دهد.

 

هنگامی که سازه به سه لایه ارتقا می یابد، یک لایه عملکردی میانی (مانند یک لایه محافظ یا لایه خنثی) می تواند به سیستم وارد شود، که گذرگاه انعطاف پذیر چند لایه را قادر می سازد تا عملکرد برتر در سرکوب تداخل الکترومغناطیسی و شنت جریان چند حلقه ای از خود نشان دهد. این نوع ساختار به طور گسترده در سناریوهایی استفاده می‌شود که نیاز به سطح مشخصی از پایداری و قابلیت ضد تداخل دارند، مانند برنامه‌های کاربردی با قدرت متوسط-مانند میله‌های اتوبوس چند لایه برای درایوهای موتور مبتنی بر IGBT{{4}. با طراحی منطقی طرح بین لایه، تقارن حلقه جاری را می توان بیشتر بهینه کرد و نویز سیستم را کاهش داد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

برای ساختارهای چهار-لایه و بالاتر، طراحی باس بار چند لایه وارد مرحله یکپارچگی بالا و عملکرد بالا می‌شود. ساختارهای چندلایه نه تنها به یکپارچگی بالایی از حلقه‌های توان متعدد، حلقه‌های سیگنال و لایه‌های محافظ دست می‌یابند، بلکه به طور قابل‌توجهی اندوکتانس سرگردان را از طریق اتصال بین لایه‌ای محکم کاهش می‌دهند، و آنها را به‌ویژه برای برنامه‌های مربوط به دستگاه‌های سوئیچینگ فرکانس بالا (مانند IGBTs و SiC ماژول‌های Laminated Laminated) مناسب می‌سازد. میله برای درایوهای موتور مبتنی بر IGBT-. این طرح‌ها معمولاً دارای مسیرهای اتلاف گرما برتر هستند که یک شبکه اتلاف حرارت سه بعدی را از طریق ساختارهای نازک مسی چندلایه تشکیل می‌دهند و به طور مؤثر افزایش دما و افزایش ظرفیت انتقال جریان را کاهش می‌دهند.

 

از نظر عملکرد الکتریکی، مزیت اصلی افزایش تعداد لایه ها در کاهش اندوکتانس انگلی نهفته است. اتصال محکم‌تر بین الکترودهای مثبت و منفی امکان لغو میدان مغناطیسی، کاهش نوک ولتاژ و تلفات سوئیچینگ را فراهم می‌کند، که به‌ویژه برای کاربردهای فرکانس بالا (مانند میله‌های اتوبوس چند لایه برای IGBT‌های برد مدار جریان بالا) بسیار مهم است. با این حال، توجه به این نکته مهم است که افزایش تعداد لایه‌ها همچنین منجر به افزایش ظرفیت توزیع شده می‌شود، که اگر طراحی ضعیفی داشته باشد، ممکن است بر یکپارچگی سیگنال فرکانس بالا تأثیر منفی بگذارد.

 

از نظر مدیریت حرارتی، میله‌های اتوبوس چند لایه چند لایه برای کاربردهای صنعتی مزایای قابل توجهی را نشان می‌دهند. با افزایش رابط اتلاف گرما و بهینه سازی مسیر هدایت گرما، افزایش دما را می توان به طور موثر در شرایط فعلی کاهش داد و در عین حال قابلیت اطمینان بلند مدت سیستم را بهبود بخشید. این ویژگی به‌ویژه در دستگاه‌های با چگالی بالا-مثل میله‌های اتوبوس برای برق الکترونیک یا میله‌های اتوبوس مسی برای کاربردهای انرژی جایگزین مهم است.

 

از منظر یکپارچه سازی سیستم، ساختارهای چند لایه می توانند به طور قابل توجهی تعداد نقاط اتصال را کاهش دهند و درجه بالاتری از طراحی مدولار را ممکن می سازند. در مقایسه با راه‌حل‌های سنتی، کاهش تعداد رابط‌های اتصال نه تنها مقاومت تماس و نقاط شکست احتمالی را کاهش می‌دهد، بلکه اندازه تجهیزات را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد و با روندهای کوچک‌سازی و ادغام بالای تجهیزات الکترونیکی قدرت مدرن روبرو می‌شود. برای مثال، راه‌حل‌های چندلایه به انتخاب اصلی در میلگردهای چند لایه برای ساختارهای نصب بانک‌های خازن یا راه‌حل‌های باس بار برای توزیع نیروی الکتریکی تبدیل شده‌اند.

 

از نظر سازگاری محیطی و عملکرد مکانیکی، سازه‌های فشرده چند لایه استحکام کلی و مقاومت در برابر ارتعاش بالاتری ارائه می‌دهند و آنها را برای محیط‌های عملیاتی پیچیده، مانند برنامه‌های کاربردی با قابلیت اطمینان بالا مانند BusBars برای لوکوموتیوهای الکتریکی یا میله‌های اتوبوس چند لایه برای اینورترهای قدرت فضاپیما، مناسب می‌سازد. به طور همزمان، ساختار مهر و موم شده، همراه با مواد عایق{4} با عملکرد بالا، مقاومت در برابر گرمای مرطوب، اسپری نمک و پیری را افزایش می‌دهد.

 

در حالی که طرح های چندلایه مزایای متعددی را ارائه می دهند، پیچیدگی و هزینه ساخت آنها نیز افزایش می یابد. تعداد لایه های بالاتر تقاضاهای بیشتری را در مورد دقت لمینیت، عملکرد مواد عایق و کنترل فرآیند ایجاد می کند. برای مثال، در برنامه‌های{3}بالا، مانند میله‌های گذرگاه چند لایه برای IGBT‌های جوشکاری فرکانس بالا، الزامات سازگاری و قابلیت اطمینان بسیار سخت‌گیرانه است. بنابراین، در انتخاب عملی، یک ارزیابی جامع با در نظر گرفتن توان، فرکانس سوئیچینگ، فضای نصب و بودجه هزینه ضروری است. برای سناریوهای کاربردی خاص، معمولاً 2 تا 3 لایه برای سیستم‌های کم قدرت-تا-متوسط ​​کافی است. 3 تا 4 لایه برای سیستم‌ها و سیستم‌های برق متوسط{12} با الزامات EMC خاص مناسب‌تر هستند. و 4 تا 6 لایه برای برنامه‌های-قدرت بالا، فرکانس-بالا، و بسیار یکپارچه ترجیح داده می‌شوند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

علاوه بر این، برای توپولوژی‌های پیچیده (مانند اینورترهای چند سطحی) یا ساختارهای مداری خاص، بهینه‌سازی مشارکتی چند حلقه‌ای باید از طریق میله‌های اتوبوس چند لایه سفارشی برای رایانه‌ها یا میله اتوبوس سفارشی‌شده برای راه‌حل‌های حفاظت الکتریکی به دست آید.

 

مهم است که تاکید شود که تعداد لایه ها تنها عامل تعیین کننده عملکرد نیست. انتخاب مواد (مانند خلوص و ضخامت مس)، ویژگی های دی الکتریک عایق، طرح ساختاری و فرآیندهای ساخت نیز تأثیر مهمی بر عملکرد نهایی دارند. به عنوان مثال، شینه های عایق وارنیش شده (VIBs) نیز در سناریوهای خاص دارای مزایای منحصر به فردی هستند. بنابراین، تجزیه و تحلیل جامع از دیدگاه مهندسی سیستم ها باید هنگام ارزیابی میله های اتوبوس چند لایه انجام شود.

 

به طور کلی، طراحی شینه‌های چند لایه اساساً یک فرآیند چند بعدی-تجاری- است. همانطور که دستگاه‌های الکترونیکی قدرت به سمت چگالی توان بالاتر، فرکانس بالاتر و یکپارچگی بالاتر تکامل می‌یابند، یک طراحی{3}خوب طراحی باس بار (MBB) به یک عامل کلیدی در بهبود کارایی و قابلیت اطمینان سیستم تبدیل خواهد شد. تنها با تطبیق دقیق الزامات برنامه با پارامترهای ساختاری می توان ارزش اصلی را تعیین کردمیله اتوبوس چند لایه در انتقال برق مدرنو سیستم های تبدیل به طور کامل تحقق یابد.