شینه های اینورتر چند لایه: اصل کاهش اندوکتانس انگلی و ملاحظات کلیدی برای طراحی جریان بالا

مزیت اصلی نوار مسی چند لایه ناشی از ساختار لایه‌بندی شده "ساندویچ" آن است-لایه‌های مس رسانای مثبت و منفی از طریق یک محیط عایق (مانند پلی‌آمید یا رزین اپوکسی) محکم به هم چسبیده‌اند و حلقه‌های رسانایی با جهت جریان مخالف و موقعیت‌های فضایی همپوشانی تشکیل می‌دهند. هنگامی که جریانی با فرکانس بالا- از آن عبور می‌کند، جریان در لایه‌های مس مثبت و منفی میدان‌های مغناطیسی با قدر مساوی اما جهت مخالف ایجاد می‌کند. این میدان های مغناطیسی یکدیگر را خنثی می کنند و به طور قابل توجهی پیوند شار مغناطیسی کل حلقه را ضعیف می کنند و در نتیجه اندوکتانس انگلی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند. داده‌های اندازه‌گیری واقعی نشان می‌دهند که یک شینه مسی چند لایه به طول 200 میلی‌متر، عرض 100 میلی‌متر و ضخامت 0.5 میلی‌متر می‌تواند اندوکتانس انگلی خود را تا 3 تا 5 نانوهت کنترل کند، در حالی که اندوکتانس انگلی یک شینه موازی با همان اندازه می‌تواند به 110 نانوهات برسد که اختلافی بیش از 20 برابر است. این مشخصه اندوکتانس کم نه تنها جهش های ولتاژ را سرکوب می کند، بلکه تلفات سوئیچینگ را کاهش می دهد، تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را کاهش می دهد و کارایی و قابلیت اطمینان کلی سیستم را بهبود می بخشد.

طراحی میله‌های اتوبوس چند لایه برای مخابرات مستلزم توجه به چهار عنصر اصلی است: اول، لایه‌های مس مثبت و منفی باید کاملاً موازی و با هم همپوشانی داشته باشند تا سطح همپوشانی مسیر فعلی را به حداکثر برسانند و سطح حلقه باقی‌مانده را به حداقل برسانند. دوم، ضخامت لایه عایق باید تا حد امکان به حداقل برسد، از نظر تئوری، هر چه فاصله کمتر باشد، اثر لغو میدان مغناطیسی قابل توجه تر است. سوم، عرض میله اتوبوس چند لایه باید به طور معقول طراحی شود، زیرا یک لایه مسی گسترده تر می تواند یکنواختی توزیع جریان را تحت تأثیر پوست{0}}فرکانس بالا افزایش دهد و القایی را بیشتر سرکوب کند. چهارم، موقعیت‌های سوراخ نصب باید به‌طور متقارن مرتب شوند تا اطمینان حاصل شود که فاصله اتصال بین دستگاه‌های قدرت (مانند IGBT) و خازن‌های پشتیبانی DC به حداقل می‌رسد و اندوکتانس حلقه اضافی کاهش می‌یابد. بعلاوه، باسبارهای اینورتر چند لایه دارای مزایایی مانند ظرفیت حمل جریان بالا (3{3}}5A/mm² در واحد سطح مقطع)، راندمان اتلاف حرارت بالا (ساختار مسی نازک چندلایه سطح اتلاف گرما را افزایش می‌دهد)، و ساختار فشرده (طراحی یکپارچه به طور گسترده جایگزین می‌شود. به عنوان اینورترهای وسایل نقلیه انرژی جدید، مبدل های ذخیره انرژی فتوولتائیک، مبدل های فرکانس صنعتی و سیستم های کشش حمل و نقل ریلی.

کمی کردن اندوکتانس انگلی نیاز به یک تست دو پالس دارد که یک روش تست استاندارد صنعتی است. در طول آزمایش، یک مدار نیم-پل باید ساخته شود. یک سیگنال پالس دوتایی از طریق سوئیچ پایین-ضمیمه اعمال می شود و ولتاژ جمع کننده-امیتر (Vce) و شکل موج جریان دستگاه بازوی-بالایی (مانند IGBT) اندازه گیری می شود. مهم است که{10}}روشن گذرا (به جای گذرا خاموش کردن) را برای اندازه گیری انتخاب کنید، زیرا تغییر جریان در هنگام روشن شدن پایدارتر است و از تداخل جریان بازیابی معکوس دیود چرخ آزاد جلوگیری می کند. با توجه به فرمول L=ΔVce / (di/dt)، اندوکتانس انگلی کل حلقه را می توان با خواندن افزایش ولتاژ (ΔVce) و نرخ تغییر جریان (di/dt) در پیچ-در لحظه محاسبه کرد. در اندازه‌گیری‌های واقعی، اندوکتانس انگلی حلقه با استفاده از رابط‌های شینه‌های چند لایه معمولاً حدود ۷۵ نانوهت است، در حالی که شینه‌های موازی سنتی بیش از ۲۰۰ نانوهت هستند که مزایای قابل توجه ساختار چند لایه را تأیید می‌کند.

هنگام انتخاب منبع تغذیه، راه حل مناسب باید بر اساس رتبه فعلی انتخاب شود: برای کاربردهای کمتر از 100A، می توان از محلول های برق Busbar Laminated معمولی با ضخامت لایه عایق 0.2-0.3mm استفاده کرد. برای برنامه های 100-500A، یک لایه مس ضخیم تر و ضخامت لایه عایق 0.3-0.5 میلی متر مورد نیاز است. برای کاربردهای 500-1000 آمپر، یک ساختار انباشته چند لایه با ضخامت لایه عایق 0.5 میلی متر ضروری است. و برای کاربردهای بالاتر از 1000A، طراحی سفارشی مورد نیاز است، با توزیع جریان و قدرت اتصال کوتاه که از طریق شبیه سازی بهینه شده است. فرآیند طراحی باید از اصل به حداقل رساندن سطح حلقه جاری پیروی کند، در حالی که الزامات اتلاف گرما و استحکام مکانیکی را نیز در نظر می گیرد. برای کاربردهای ولتاژ بالا، درجه ولتاژ مقاومت عایق نیز باید تأیید شود.