Debunking the More Layers, Bättre missuppfattning i laminerade samlingsskenor

Med den snabba utvecklingen av ny energi, kraftelektronik och industriell automation, används laminerade samlingsskenor i stor utsträckning i energilagringssystem, växelriktare, nya energifordon, kraftmoduler och järnvägstransporter på grund av deras låga induktans, höga integration och goda EMC-prestanda. Särskilt i hög-högfrekvent utrustning med hög-effekt har laminerade låg-induktiva samlingsskenor gradvis ersatt traditionella kabelanslutningar och blivit en viktig komponent i moderna kraftsystem.

 

En vanlig missuppfattning kvarstår dock i branschen: att fler lager i en laminerad samlingsskena nödvändigtvis betyder bättre prestanda. I verkligheten är en laminerad design ett systematiskt ingenjörsprojekt som kräver omfattande överväganden av induktans, värmeavledning, strukturellt utrymme, kostnad och tillämpningsscenarier. Det finns ingen absolut slutsats att "fler lager är lika med mer avancerat."

 

 

 

Laminerade samlingsskenor är vanligtvis sammansatta av flera lager av ledande kopparskenor och isolerande media, sammanfogade med hjälp av en varm-pressningsprocess. De är typiska anslutningsstänger med fler-kompositstruktur. Genom att optimera avståndet och layouten mellan de positiva och negativa terminalerna kan ströinduktansen i kretsen reduceras avsevärt, vilket förbättrar systemets driftsstabilitet. För närvarande sträcker sig vanliga specifikationer i branschen huvudsakligen från 2 till 6 lager, med olika lagernummer som motsvarar olika applikationsbehov:

 

2-lagerstrukturer är vanligtvis lämpliga för utrustning med låg- till medel-effekt, och erbjuder fördelar som mogna tillverkningsprocesser, lägre kostnader och enkel installation. De finns vanligtvis i grundläggande kraftdistributionsenheter, lågspänningsväxelriktare och allmänna industriella kraftdistributionssystem.

 

3-lagerstrukturer är en av de mest använda lösningarna. Tre-laminerade samlingsskenor ger bättre strömfördelning och elektromagnetisk skärmning, vilket ger hög kostnadseffektivitet- i medelkraftig utrustning. De används i stor utsträckning i växelriktare för energilagring, UPS-system och nya extra energistyrningsmoduler.

 

Strukturer med 4 eller fler lager används oftare i scenarier med hög-frekvent, hög-effekt och komplexa topologi, som laminerade samlingsskenor i högeffektomvandlare, IGBT-laminerade samlingsskenor och stor-energilagrings-PCS-system. Deras kärnfördelar ligger i lägre ströinduktans, starkare EMC-kapacitet och högre systemintegration.

 

 

 

I. Förändringar i elektrisk prestanda

Med ett ökat antal skikt kan en tätare kopplingsstruktur bildas mellan de positiva och negativa ledarna, varigenom ströinduktansen reduceras. Detta är särskilt viktigt för hög-SiC-enheter och hög-växlings-IGBT-moduler.

 

Anpassade laminerade samlingsskenor för IGBT:er fokuserar vanligtvis på att optimera samlingsskenans mellanskiktsstruktur för att minska spänningsspikar och EMI-störningar som genereras under omkoppling.

 

Att öka antalet lager betyder dock inte nödvändigtvis obegränsad prestandaförbättring. För många skikt kan leda till ökad parasitisk kapacitans mellan skikten, vilket, om parametrarna inte är korrekt matchade, kan påverka systemets stabilitet negativt. Därför måste induktans- och kapacitansparametrar balanseras samtidigt när man designar en laminerad samlingsskena för en tre-nivåomriktare.

 

II. Förändringar i värmeavledningskapacitet

Flerskiktsstrukturer kan expandera värmeledningsbanan och värmeavledningsområdet, så flerskiktssamlingsskenor har vanligtvis en lägre temperaturökning under samma-strömförande förhållanden.

 

I hög-strömscenarier som högspänningsexplosions-säkra växelriktarsamlingsskenor kan flerskiktsstrukturer effektivt minska lokala hotspots och förbättra-driftsstabiliteten på lång sikt.

 

Men samtidigt leder en ökning av antalet lager också till en ökning av den totala tjockleken, vilket tar upp mer installationsutrymme. Därför, i kompakta enheter, måste den interna layouten övervägas omfattande.

 

III. Förbättrade funktioner för systemintegrering

En av de största fördelarna med laminerade samlingsskenor är deras höga grad av integration. Jämfört med traditionella ledningsnät kan fler-lagerstrukturer samtidigt integrera flera strömslingor, signalslingor och jordsystem, vilket minskar anslutningsnoder och förbättrar systemets tillförlitlighet.

 

Till exempel:

Laminerade samlingsskenor för distribution av kraftbakplan kan användas i server- och industriella kraftsystem.

Laminerade bussskenor för routerbakplansdistribution är lämpliga för intern strömförsörjning i kommunikationsutrustning.

Laminerade bussskenor för cellulär basstationskraftdistribution används ofta i 5G-basstationer och kommunikationsströmförsörjning.

I komplexa kabelmiljöer minskar laminerade samlingsskenor för komplexa samlingsskenor effektivt utrymmeskraven och förenklar installationsprocessen.

 

IV. Strukturell stabilitet och anti-interferensförmåga

Fler-lagerstrukturer kan bilda en mer komplett elektromagnetisk skärmslinga, och därigenom förbättra systemets anti-interferensförmåga.

 

Inom områdena nya energifordon, elektriska drivsystem och järnvägstransporter har motorstyrningsskenor och tunnelbanelaminerade samlingsskenor höga EMC-prestandakrav. Fler-symmetriska strukturer kan effektivt minska nuvarande obalansproblem och förbättra utrustningens långsiktiga stabila funktionsförmåga.

 

För järnvägstransitering och dragkraftssystem med hög-effekt måste kompositskena för tågströmförsörjning fyra-kvadrantkraftmoduler också tåla dynamiska stötar, motstå höga temperaturer och bibehålla hög isoleringsprestanda.
 

 

Medan samlingsskenor med högre-lager ger överlägsen prestanda, ökar tillverkningskomplexiteten i enlighet med detta.

 

Två- till tre-lagersprodukter har relativt mogna processer, hög avkastning och kontrollerbara bearbetningskostnader.

 

Fyra-lager och högre produkter ställer högre krav på kopparfolietjocklekskontroll, isoleringslamineringsprecision, varm-pressningsprocesser och symmetrisk layout. Detta gäller särskilt för specialiserade strukturer som delvis laminerade samlingsskenor, som kräver extremt hög precision vid bearbetning av lokala isolerings- och ledningsområden.

 

Dessutom betyder fler-lagerstrukturer:

Ökad råvaruförbrukning;

Mer komplexa lamineringsprocesser;

Strängare teststandarder;

Längre produktionscykler.

 

Därför är lösningar med högt-lager inte nödvändigtvis lämpliga för alla projekt.

 

 

För små till medelstora utrustningar med en effekt under 100kW räcker det vanligtvis med två till tre lager. Dessa scenarier inkluderar grundläggande applikationer som allmänna energilagringssystem, små UPS-system och UPS-systemsamlingsskenor för avbrottsfri strömförsörjning.

 

För system med medium-till-hög effekt (100kW till 500kW) är en 3-till-4-lagerstruktur mer lämplig för att balansera induktansprestanda, värmeavledning och tillverkningskostnader.

 

För hög-effektsystem som överstiger 500 kW, hög-SiC-omvandlare och stora energilagringssystem krävs vanligtvis en 4-till-6-lagerstruktur för att uppfylla kraven på lägre induktans, högre EMC-kapacitet och starkare värmeavledning.

 

Exempel inkluderar:

Laminerad samlingsskena för elbilar;

Högspänningsexplosion-Säker inverterskena

Storskaliga-PCS-system för energilagring;

Hög-frekvensomvandlare;

Nya huvuddrivsystem för energifordon.

 

I komplexa kretsar som fler-nivåtopologier krävs ofta en 3--till-5-lagerstruktur för den laminerade samlingsskenan för tre-nivåväxelriktare för att uppnå symmetriska strömbanor och stabil strömdelningskontroll.

 

 

 

Missuppfattning 1: Fler lager betyder nödvändigtvis bättre prestanda

I verkligheten är antalet lager den enda parametern som påverkar prestandan.

Kopparskenas tjocklek, isoleringsmaterial, kretslayout, ledaravstånd och bearbetningsprecision påverkar alla den slutliga prestandan.

Att blint öka antalet lager ökar inte bara kostnaderna utan kan också påverka utrustningens stabilitet på grund av förändringar i parasitiska parametrar.

 

Missuppfattning 2: Låg-produkter är "låg-lösningar."

Faktum är att för många små och medelstora enheter är 2- till 3-lagers strukturer de mest mogna, stabila och kostnadseffektiva lösningarna.

En väl-designad laminerad samlingsskena i tre-lager kan till fullo uppfylla behoven hos de flesta konventionella industriella tillämpningar.

 

Missuppfattning 3: Produkter med samma antal lager har samma prestanda

Även med samma antal lager kan det fortfarande finnas betydande skillnader mellan olika design.

Till exempel påverkar kopparfoliearrangemanget, isoleringsmaterialet, varm-pressprocessen och ledarsymmetri direkt samlingsskenans prestanda.

Den faktiska prestandan hos kopparskenor av-kvalitet är ofta mycket överlägsen den hos vanliga strukturprodukter.

 

 

 

Med den kontinuerliga utvecklingen av SiC-enheter, hög-frekvensomriktarteknik och energilagringssystem utvecklas laminerade samlingsskenor mot högre frekvenser, högre integration och större förfining.

 

I framtiden kommer avancerade elektroniska fält som laminerade samlingsskenor för superdatorkretskort eller bakplan att ytterligare driva utvecklingen av samlingsskenor mot hög densitet, miniatyrisering och anpassning.

 

Samtidigt kommer dedikerade samlingsskenedesigner för nya energifordon, kraftelektronik och kommunikationsutrustning att bli mer segmenterade, med industrin som lägger större vikt vid "applikationsanpassning" snarare än att bara sträva efter en ökning av antalet lager.

 

 

Kärnvärdet för laminerade samlingsskenor ligger inte i "fler lager", utan i deras förmåga att exakt matcha utrustningskraven.

 

En rimlig lagerdesign bör överväga:

Utrustningskraft;

Växlingsfrekvens;

EMC-krav;

Värmeavledningskapacitet;

Installationsutrymme;

Tillverkningskostnad;

Lång-driftsstabilitet.

 

Endast genom vetenskaplig design baserad på faktiska tillämpningsscenarier kan prestandafördelarna medLaminerade busshållare, passiva elektroniska komponenter, verkligen realiseras och uppnå den optimala balansen mellan systemeffektivitet, tillförlitlighet och kostnad.