Egwyddorion Dylunio Bariau Bysiau Wedi'u Pentyrru Isel-Crwydr-Anwythiad Uchel-Dwysedd a Dadansoddiad o'u Cymhwysiad mewn Systemau Electronig Power Power Uchel

 

Wedi'i ysgogi gan ddatblygiadau mewn cerbydau ynni newydd, systemau storio ynni, cludiant rheilffordd, awtomeiddio diwydiannol, a thechnolegau grid smart, mae offer electronig pŵer pŵer uchel yn esblygu tuag at folteddau uwch, amleddau uwch, a dwyseddau pŵer uwch. Yn y broses hon, mae dyfeisiau lled-ddargludyddion bandgap cenhedlaeth nesaf-a enghreifftir gan silicon carbid (SiC)-yn disodli IGBTs silicon traddodiadol yn raddol, gan wasanaethu fel llwybr technolegol allweddol ar gyfer gwella effeithlonrwydd system a lleihau maint offer.

 

O'u cymharu â deunyddiau silicon traddodiadol, mae lled-ddargludyddion SiC yn cynnig bwlch band ehangach, maes trydan critigol uwch, colledion dargludiad is, a pherfformiad tymheredd uchel uwch. Mae'r manteision hyn yn galluogi SiC MOSFETs i weithredu ar amleddau newid uwch wrth ganiatáu ar gyfer lleihau maint cydrannau magnetig a strwythurau rheoli thermol, a thrwy hynny gynyddu dwysedd pŵer cyffredinol.

 

Fodd bynnag, mae galluoedd newid cyflym hefyd yn cyflwyno heriau peirianneg newydd. Wrth i gyflymder newid dyfeisiau pŵer gynyddu, mae cyfraddau newid cerrynt (di/dt) a foltedd (dv/dt) yn codi'n sylweddol. O dan yr amodau hyn, mae paramedrau parasitig na ellir eu hosgoi o fewn y ddolen bŵer-anwythiad strae yn fwyaf nodedig{4}}yn cael effaith sylweddol ar berfformiad y system.

 

Yn ystod-cyflymder uchel, mae anwythiad strae yn cynhyrchu pigau foltedd dros dro yn unol â'r berthynas:

 

V=L × di/dt

 

Pan fydd y cerrynt yn newid yn gyflym, gall hyd yn oed ychydig funudau o anwythiad crwydr gynhyrchu gordyrru foltedd o ddegau o foltiau neu fwy. Mae'r folteddau dros dro hyn nid yn unig yn cynyddu'r straen foltedd ar ddyfeisiau pŵer ond gallant hefyd wthio dyfeisiau y tu hwnt i'w Man Gweithredu Diogel (SOA), a thrwy hynny beryglu dibynadwyedd y system.

 

O ganlyniad, mewn systemau trosi pŵer uchel modern, mae lleihau anwythiad strae dolen bŵer wedi dod yn amcan dylunio hanfodol ar gyfer gwella effeithlonrwydd, gwella perfformiad ymyriant electromagnetig (EMI), a sicrhau gweithrediad diogel dyfeisiau lled-ddargludyddion.

 

 

 

Nid yw anwythiad crwydr yn baramedr a gynhyrchir gan un gydran arwahanol; yn hytrach, mae'n ganlyniad geometreg gyfunol y ddolen gyfredol gyfan. Mae'n deillio'n bennaf o anwythiad y dargludyddion eu hunain, yn ogystal ag o derfynellau cysylltiad, ceblau, olion PCB, pecynnu modiwl pŵer mewnol, a strwythurau rhyng-gysylltu busbar.

 

Mewn systemau pŵer traddodiadol sy'n defnyddio bariau bysiau copr safonol neu harneisiau gwifrau, yn aml mae gwahaniad gofodol sylweddol rhwng y llwybrau cerrynt positif a negyddol, sy'n cynyddu arwynebedd y ddolen gyfredol. Yn ôl egwyddorion electromagneteg, po fwyaf yw'r ardal ddolen, y mwyaf yw ystod y maes magnetig a gynhyrchir, a'r uchaf yw'r anwythiad parasitig cyfatebol.

 

Mewn systemau electronig pŵer amledd uchel, nid yw cerrynt yn llifo ar hyd hyd dargludydd yn unig; yn lle hynny, mae'n creu dosbarthiad maes electromagnetig cymhleth ledled y gofod cyfagos. Felly, yr allwedd i leihau anwythiad crwydr yw nid yn unig cynyddu trwch y bar bws copr, ond wrth optimeiddio'r llwybr presennol - dod â'r dolenni cylched positif a negyddol mor agos at ei gilydd â phosibl a lleihau'r rhanbarthau lle mae ynni maes magnetig yn cael ei storio.

 

Dyma un o'r prif resymau pam fod bariau bysiau dwysedd uchel wedi'u lamineiddio yn cael eu defnyddio mor eang.

 

 

Mae busbar wedi'i lamineiddio yn strwythur rhyng-gysylltu pŵer perfformiad uchel a ffurfiwyd trwy gyfuno haenau lluosog o ddeunydd dargludol â chyfryngau inswleiddio. Yn nodweddiadol, mae'n cynnwys deunyddiau dargludol iawn-megis copr neu alwminiwm-fel haenau'r dargludydd, wedi'u gwahanu gan ddeunyddiau inswleiddio sy'n cynnig cryfder deuelectrig ardderchog a sefydlogrwydd mecanyddol; mae'r cynulliad cyfan wedi'i fondio i mewn i strwythur unedig trwy brosesau megis gwasgu poeth, bondio gludiog, neu lamineiddio.

 

O'i gymharu â bariau bysiau copr haen sengl traddodiadol, mantais fwyaf y strwythur wedi'i lamineiddio yw ei allu i gyflawni lefel uchel o orgyffwrdd rhwng y llwybrau cerrynt positif a negyddol.

 

Pan fydd cerrynt sy'n llifo i gyfeiriadau cyferbyniol yn mynd trwy ddargludyddion cyfagos, mae'r egwyddor o ganslo maes electromagnetig yn berthnasol: mae'r meysydd magnetig a gynhyrchir gan y ddau gerrynt yn gwrthwynebu ei gilydd, gan leihau cyfanswm y fflwcs magnetig a gynhyrchir gan y ddolen gyfredol yn effeithiol a thrwy hynny ostwng anwythiad cyfatebol y system.

 

O ganlyniad, mae bar bws wedi'i lamineiddio yn fwy na dim ond cydran cysylltiad mecanyddol; mae'n strwythur electromagnetig critigol sy'n dylanwadu ar berfformiad deinamig systemau electronig pŵer.

 

Mewn-gwrthdroyddion pŵer uchel, trawsnewidyddion storio ynni, ac offer cyflenwi pŵer diwydiannol, mae dyluniad anwythiad isel wedi dod yn fetrig allweddol ar gyfer optimeiddio strwythurau bar bysiau. Er enghraifft, mae rhai rhaglenni newid cyflymder uchel yn gofyn am fariau bysiau wedi'u lamineiddio wedi'u dylunio'n arbennig, megis y rhai a ddefnyddir mewn gyriannau amledd amrywiol (VFDs)-i fodloni gofynion y system ar gyfer gweithredu ymateb cyflym a cholled isel.

 

 

 

Wrth i lefel integreiddio offer electronig gynyddu, mae bariau bysiau wedi'u lamineiddio wedi ehangu y tu hwnt i sectorau cyflenwad pŵer diwydiannol traddodiadol i feysydd cymwysiadau pŵer uchel amrywiol.

 

Er enghraifft, mae angen strwythurau dosbarthu pŵer hynod ddibynadwy ar systemau pŵer mewn gweinyddwyr, offer telathrebu, a chanolfannau data i leihau colledion trawsyrru. Yn unol â hynny, mae barrau bysiau wedi'u lamineiddio'n cael eu defnyddio o fewn-offer cyfrifiadura dwysedd uchel-megis mewn byrddau cylched uwchgyfrifiadurol neu awyrennau cefn-i sicrhau cyflenwad pŵer sefydlog ar gyfer llwyfannau cyfrifiadura cyflymder uchel.

 

Ym maes seilwaith telathrebu, mae offer gorsaf sylfaen bŵer uchel hefyd yn gofyn am atebion cysylltiad pŵer cryno ac effeithlon; mae barrau bysiau wedi'u lamineiddio yn cwrdd yn effeithiol â'r cyfyngiadau o ran gofod a'r angen am weithrediad parhaus mewn dosbarthiad pŵer gorsaf sylfaen gellog.

 

Ymhellach, mewn -systemau pŵer ar raddfa fawr, mae barrau bysiau wedi'u lamineiddio yn cael eu defnyddio mewn pensaernïaeth pŵer modiwlaidd-fel ynBar bws Uned Dosbarthu Pŵer (PDU).strwythurau-i hwyluso-cysylltiadau colled isel rhwng modiwlau pŵer lluosog a gwella dibynadwyedd cyffredinol y system.