Barres omnibus laminées : plus de couches, meilleures performances ?

Dans les domaines de l'électronique de puissance et des nouvelles énergies, il existe une idée fausse répandue concernant la conception des jeux de barres laminés : - : "plus de couches signifient de meilleures performances". D’un point de vue technique, cette vision n’est pas rigoureuse. Le choix du nombre de couches est essentiellement un compromis complet-entre les performances électriques, les capacités de gestion thermique, l'espace structurel et le coût total du cycle de vie. En tant que composants électroniques passifs de jeux de barres laminés typiques, leur logique de conception s'oriente davantage vers l'adaptation du système que vers le simple empilement de paramètres.

 

 

 

Les barres omnibus laminées sont généralement formées d’une alternance de couches de cuivre conducteur et de diélectrique isolant. Différentes couches affectent directement la distribution du trajet du courant, le couplage électromagnétique et la conductivité thermique. Dans les applications d’ingénierie, la structure principale est concentrée entre 2 et 6 couches.

 

1. 2-Structure en couches : une solution rentable-pour les applications de base

La structure à 2 couches est une forme typique de jeu de barres partiellement laminé, composée de conducteurs positifs et négatifs et d'une couche isolante intermédiaire. Son processus de fabrication est mature, sa structure est simple et il convient aux applications ayant des exigences de performances électriques relativement basiques.

 

Du point de vue des performances, cette structure répond aux exigences de base en matière de conductivité et réduit considérablement l'inductance parasite par rapport aux câbles traditionnels. Cependant, en raison des chemins de dissipation thermique limités, sa capacité de contrôle de l'augmentation de la température dans des conditions de courant élevé et soutenu est relativement moyenne. Dans le même temps, sa capacité de suppression des interférences électromagnétiques est relativement basique, ce qui la rend plus adaptée aux équipements de faible- à moyenne-puissance.

 

Les applications typiques incluent les petits systèmes UPS, les onduleurs basse-tension et les modules de stockage d'énergie légers.

 

2. Structure à trois -couches : une mise à niveau équilibrée en termes de performances et de fonctionnalités

La structure de jeu de barres à trois -couches utilise généralement une configuration de borne positive + couche fonctionnelle + borne négative, telle qu'une couche de blindage ou une couche neutre, représentant une conception typique de barre omnibus laminée à trois -couches. Cette structure présente une grande polyvalence dans les applications de faible- à moyenne-puissance.

 

En introduisant une couche fonctionnelle intermédiaire, les performances de compatibilité électromagnétique peuvent être améliorées efficacement tout en prenant en charge la transmission isolée de courants multi-boucles. En termes de performances électriques, son inductance parasite est nettement inférieure à celle d'une structure à deux-couches, améliorant encore la stabilité du système.

 

Cette structure est largement utilisée dans les systèmes basse tension-pour les véhicules à énergie nouvelle, les onduleurs photovoltaïques et les équipements industriels sensibles aux EMI-, et on la trouve également couramment dans les barres omnibus laminées pour les applications de voitures électriques.

 

3. 4-Structures de couches et supérieures : solutions de base pour les applications à haute-puissance et haute-intégration

Les structures à 4- à 6-couches relèvent du domaine de la conception-haut de gamme, utilisant généralement une combinaison de plusieurs couches conductrices, couches de blindage et couches de signal pour former une barre de connexion de structure composite multicouche complexe. Dans les systèmes de forte puissance, ce type de structure est un moyen clé pour parvenir à une optimisation des performances.

 

Les structures multi-couches, en raccourcissant le trajet du courant et en améliorant le couplage des électrodes positives et négatives, peuvent réduire l'inductance parasite à des niveaux extrêmement faibles (approchant le nH), améliorant ainsi considérablement les pics de tension dans les dispositifs de commutation à haute fréquence-(tels que le SiC et les IGBT). Simultanément, la structure shunt multi-couche augmente la zone de dissipation thermique, formant un chemin de diffusion thermique tridimensionnel-, améliorant ainsi la capacité de transport de courant et réduisant l'augmentation de la température.

 

En termes d'intégration du système, les jeux de barres multi-couches peuvent réduire considérablement le nombre de points de connexion, améliorer la fiabilité et réduire la taille du système. Ils sont couramment utilisés dans des scénarios-d'exigences élevées, tels que les jeux de barres laminés dans les convertisseurs de haute-puissance et les jeux de barres laminés de métro dans le transport ferroviaire.

 

 

 

1. Performances électriques : amélioration de la faible inductance et de l'adaptabilité aux hautes-fréquences

 

L'une des valeurs fondamentales des jeux de barres laminés est la réduction de l'inductance parasite. À mesure que le nombre de couches augmente, le couplage entre les conducteurs se renforce et les champs magnétiques générés par les courants inverses s'annulent, réduisant considérablement l'inductance du système. Cette caractéristique structurelle en fait une solution typique de barre omnibus laminée à faible induction.

 

Cependant, il est important de noter que l'augmentation du nombre de couches augmente également la capacité intercouche, ce qui peut affecter l'intégrité du signal dans les applications-haute fréquence. Par conséquent, une conception d’optimisation basée sur la fréquence de commutation spécifique est nécessaire.

 

2. Capacité de gestion thermique : efficacité de dissipation thermique considérablement améliorée

 

La structure multicouche réduit la génération de chaleur par unité de surface en distribuant le courant vers plusieurs conducteurs, tout en augmentant simultanément la zone de dissipation thermique. En combinaison avec des matériaux isolants thermiquement conducteurs, un réseau de dissipation thermique tridimensionnel très efficace peut être construit.

 

Dans les mêmes conditions de transport de courant-, l'échauffement d'un jeu de barres multicouche peut être réduit de 10 à 20 K ; dans les mêmes conditions de volume, sa capacité de charge actuelle-peut être augmentée de plus de 20 %. Cette caractéristique lui confère un avantage significatif dans les applications à haute-puissance telles que les barres omnibus laminées IGBT.

 

3. Capacité d'intégration du système : structure compacte et connexions optimisées

 

À mesure que les dispositifs électroniques de puissance évoluent vers une intégration plus poussée, les jeux de barres remplissent non seulement des fonctions conductrices, mais doivent également prendre en charge plusieurs distributions de courant et transmissions de signaux. Les structures multi-couches permettent une intégration multi-boucles, réduisant ainsi le nombre de points de connexion et le risque de défaillance des contacts.

 

Dans les topologies complexes, telles que les barres omnibus laminées pour les onduleurs à trois -niveaux ou les barres omnibus laminées pour les installations de barres omnibus complexes, les conceptions multi-couches améliorent efficacement la stabilité du système et l'utilisation de l'espace.

 

4. CEM et stabilité mécanique : adaptable à des conditions de fonctionnement complexes

 

Les structures empilées multi-couches peuvent réduire efficacement le rayonnement électromagnétique grâce à des-couches de blindage intégrées, tout en améliorant également les capacités anti-anti-interférences. Dans les environnements à fortes-vibrations (comme l'automobile ou le transport ferroviaire), les structures multi-pressées à chaud-offrent une résistance mécanique et une résistance à la fatigue plus élevées.

 

De plus, la structure entièrement encapsulée offre une résistance améliorée aux intempéries, lui permettant de résister à des environnements à -température, à-humidité élevée et à de fortes-pulvérisations salines-.

 

5. Coût et complexité de fabrication : augmente considérablement avec le nombre de couches

L'augmentation du nombre de couches signifie une utilisation accrue des matériaux et une complexité des processus.. 2-3 les structures de couches ont des processus matures et des rendements élevés, tandis que les produits comportant 4 couches ou plus imposent des exigences plus élevées en matière de précision des équipements, de contrôle du laminage et de gestion de la qualité.

 

Par exemple, les conceptions de jeux de barres laminés personnalisés pour les IGBT ou de jeux de barres d'onduleurs antidéflagrants haute tension-exigent souvent des capacités de fabrication plus élevées et un contrôle de processus plus strict.

 

 

En ingénierie pratique, la sélection de couche appropriée doit être basée sur la puissance nominale et l'environnement d'application :

 

Petite à moyenne puissance (<100kW): Donnez la priorité aux structures à 2 ou 3 couches pour équilibrer les coûts et les performances.
Puissance moyenne (100 kW ~ 500 kW) :Des structures à 3 ou 4 couches sont recommandées pour optimiser l'inductance et la dissipation thermique.
High Power Systems (>500 kW) :Utilisez des structures de 4 à 6 couches pour répondre aux exigences de haute fréquence et d’intégration élevée.
Systèmes de topologie complexes :Sélectionnez des structures à 3 -5 couches en fonction de la complexité du circuit pour obtenir un courant multicanal et une disposition symétrique.

 

 

 

Dans une conception de jeu de barres laminé, les idées fausses suivantes doivent être évitées :

 

Premièrement, augmenter le nombre de couches n’entraîne pas nécessairement une amélioration des performances. Si le scénario d'application présente une faible puissance ou un espace limité, un trop grand nombre de couches peut augmenter les coûts et potentiellement introduire des effets de capacité supplémentaires.

 

Deuxièmement, un faible nombre de couches ne signifie pas nécessairement des performances insuffisantes. Dans les applications de faible-à-puissance moyenne, un jeu de barres à 2-3 couches bien conçu-offre des avantages significatifs en termes de stabilité et de rentabilité.

 

Enfin, les produits comportant le même nombre de couches ne présentent pas nécessairement des performances constantes. L'épaisseur des conducteurs, les matériaux d'isolation et les processus de fabrication ont tous un impact significatif sur les performances finales.

 

 

La sélection du nombre de couches dans un jeu de barres multicouche est essentiellement un problème d'ingénierie système, nécessitant un équilibre entre performances électriques, gestion thermique, intégration structurelle et coût. Il n’existe pas de configuration de couches absolument optimale ; seules les solutions les mieux adaptées à des scénarios d’application spécifiques.

 

Avec le développement de nouvelles énergies, de véhicules électriques et d'équipements électroniques de puissance haut de gamme, les jeux de barres multicouches évoluent continuellement vers des fréquences plus élevées, des densités de puissance plus élevées et une intégration plus élevée, renforçant encore l'importance de leur conception structurelle.

 

 

Nous offronsjeu de barres multicouchedes solutions allant des structures de base aux-personnalisations haut de gamme, adaptées à différents niveaux de puissance et scénarios d'application. Ces solutions couvrent les véhicules à énergies nouvelles, l'électronique de puissance, les systèmes de stockage d'énergie et le transport ferroviaire. Nos produits comprennent des barres omnibus à faible-inductance optimisées pour les applications à haute-fréquence et des conceptions structurelles multicouches personnalisées adaptées aux systèmes à haute-puissance, largement applicables dans les connexions de modules IGBT et les équipements de conversion haute tension-. Grâce à une conception collaborative impliquant la sélection des matériaux, les processus de stratification et l'optimisation structurelle, l'équilibre optimal entre performances, fiabilité et coût est atteint.