Analys av trender och tillämpningar inom laminerad samlingsskenas teknik: Låg-induktansanslutningslösningar för hög-elektriska system

 

Med den snabba utvecklingen av sektorer som nya energifordon (NEV), energilagringssystem, industriella strömförsörjningar och smarta nät, utvecklas kraftelektronikutrustning mot högre effekttätheter, högre spänningsklasser och mer kompakta strukturer. Mot denna bakgrund kan traditionella kabelanslutningar och vanliga kopparskenor i allt högre grad inte möta kraven från applikationer som involverar hög-hastighetsomkoppling, hög-drift och komplexa termiska hanteringsmiljöer.

 

Som en avancerad elektrisk sammankopplingskomponent reducerar den laminerade samlingsskenan-som bildas genom att laminera flera lager av ledare och isoleringsmaterial till en integrerad struktur-effektivt minskar parasitisk induktans i strömslingan och förbättrar systemets svarshastighet och driftsstabilitet. För närvarande används den här tekniken i stor utsträckning i NEV-drivsystem, energilagringsomvandlare, industriella växelriktare, järnvägstransit och högpresterande strömförsörjningssystem.

 

Jämfört med traditionella anslutningsmetoder ligger den främsta fördelen med laminerade samlingsskenor i optimeringen av strömöverföringsvägar. Genom att stapla positiva och negativa ledare tätt (eller ledare med olika potentialer) minimeras strömslingans area; detta tillåter magnetiska fält som genereras av strömmar som flyter i motsatta riktningar att eliminera varandra och därigenom minska ströinduktansen. Detta är särskilt viktigt för system som använder höghastighetskraftenheter som IGBT och SiC MOSFET, eftersom det effektivt dämpar spänningsspikar under omkoppling och förbättrar utrustningens tillförlitlighet.

 

Inom NEV-sektorn kräver den kontinuerliga uppgraderingen av hög-högspänningsplattformar elektriska sammankopplingskomponenter för att samtidigt möta kraven på hög-strömkapacitet, lättviktsdesign och utrymmesoptimering. Till exempel måste samlingsskenan för Power Distribution Unit (PDU) i hög-batterisystem hantera strömfördelning, skyddsanslutningar och pålitlig strömledning, vilket ställer högre krav på materialegenskaper och strukturell design.

 

Framöver, med utvecklingen av 800V och högre spänningsplattformar, kommer laminerade samlingsskenor att spela en allt mer central roll i nya energidrivlinasystem.
 

 

Laminerade samlingsskenor består vanligtvis av ledande skikt, isolerande skikt och skyddsskikt. Ledare är främst gjorda av starkt ledande koppar eller aluminium, medan isoleringsmaterial-som PET, PI eller epoxiharts- väljs baserat på spänningsklasser, termiska miljöer och specifika applikationskrav.

 

Tillverkningsprocessen innefattar i allmänhet precisionsstansning, bockning, ytbehandling, isoleringslaminering och slutlig lamineringsgjutning. Genom att exakt kontrollera mellanskiktsavstånd och strukturella dimensioner kan låg-induktans och mycket tillförlitlig kraftöverföring uppnås.

 

I höghastighetsväxlande strömförsörjningssystem påverkar induktansen direkt prestandan hos strömkomponenter. Överdriven slinginduktans kan leda till höga spänningsspikar under växlingstransienter, vilket äventyrar den säkra driften av komponenter. Följaktligen är design med låg-induktans en kritisk teknisk specifikation för laminerade samlingsskenor.

 

För höghastighetsdrivningstillämpningar inom industriell automation optimerar laminerade samlingsskenor designade för frekvensomriktare (VFD) ledarlayouten för att minska strömslingans längd, och därigenom förbättra driftseffektiviteten för systemet med variabel frekvens.

 

Förutom att minska induktansen erbjuder laminerade samlingsskenor följande fördelar:

 

För det första förbättrar de utrymmesutnyttjandet. Traditionella ledningsnät kräver betydande ledningsutrymme, medan den laminerade strukturen integrerar flera ledande banor i ett kompakt fotavtryck, vilket möjliggör mer kompakt utrustningsdesign.

 

För det andra förbättrar de värmehanteringsförmågan. Kopparledare med stor-yta-yta minskar lokaliserad strömtäthet och temperaturökning, vilket förbättrar långtids-driftsstabilitet.

 

För det tredje ökar de monteringstillförlitligheten. Den integrerade strukturen minimerar antalet anslutningspunkter, vilket minskar risken för fel orsakade av faktorer som lösa bultar eller kontaktoxidation.

 

Inom området för hög-beräkningar måste kraftsystem stödja hög-hastighet och hög-strömsleverans; Således uppfyller laminerade samlingsskenor designade för superdatorkretskort eller bakplan kraven på kompakta, mycket tillförlitliga strömanslutningar i servrar och datorplattformar.

 

 

 

För närvarande drivs den växande efterfrågan på laminerade samlingsskenor främst av sektorer som nya energifordon (NEV), energilagringssystem, industriella växelriktare och datacenter.

 

Batteripaket, motorkontroller och hög-kraftdistributionssystem i NEV kräver alla stabila och pålitliga kraftöverföringsstrukturer. Jämfört med traditionella koppartrådsanslutningar minskar laminerade samlingsskenor vikten och förbättrar utrymmesutnyttjandet samtidigt som de säkerställer tillförlitlig drift under de vibrationskänsliga förhållanden som är typiska för fordonsmiljöer.

 

I motorstyrsystem hanterar motorstyrenhetens samlingsskenor hög-strömanslutningar mellan effektmoduler, vilket kräver lågt motstånd, låg induktans och utmärkt värmeavledning. När effektuttaget från NEV ökar, ställer dessa applikationer allt högre krav på samlingsskenas design.

 

Tillväxten av energilagringsindustrin har också drivit på tekniska uppgraderingar för laminerade samlingsskenor. Stora-energilagringssystem-som består av batterikluster, kraftomvandlingsmoduler och styrenheter-kräver mycket tillförlitliga strukturer för energidistribution. Att optimera den laminerade designen hjälper till att minska systemförlusterna och förbättra energiomvandlingseffektiviteten.

 

Inom sektorn för telekommunikationsinfrastruktur har de ökande effektbehoven för 5G-basstationer och edge computing-utrustning gjort kraftdistributionsstrukturer med hög-densitet till ett centralt fokus. Laminerade samlingsskenor designade för cellulär basstationskraftdistribution möjliggör mer stabila och kompakta kraftlayouter inom telekommunikationsutrustning.

 

Samtidigt ställer datacenter nya krav på kraftdistribution med hög-effekt-densitet. Med tanke på det begränsade utrymmet inuti serverrack finns det ett behov av effektiva, säkra och tillförlitliga strömanslutningslösningar. Följaktligen,laminerade samlingsskenor för-rackmonterad strömfördelningblir alltmer en viktig komponent i moderna datacenterkraftsystem.