Jeux de barres laminés : plus il y a de couches, mieux c'est

Les jeux de barres laminés, en tant que composants conducteurs et de connexion clés dans les systèmes électroniques de puissance, ne sont pas simplement conçus avec « plus de couches, mieux ». Au lieu de cela, leur conception implique un compromis d'ingénierie systématique-entre les performances électriques, les capacités de gestion thermique, les contraintes d'espace et le coût total du cycle de vie. Dans les applications pratiques, le nombre de couches dans les jeux de barres laminés a un impact direct sur la distribution du trajet du courant, les paramètres parasites (tels que l'inductance parasite et la capacité distribuée) et la fiabilité globale du système. Par conséquent, une correspondance rationnelle basée sur des scénarios d’application spécifiques est nécessaire, plutôt que de simplement poursuivre l’agrégation des paramètres.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Structurellement, les barres omnibus en cuivre laminé sont formées d'une alternance de couches de feuille de cuivre conductrice et de diélectrique isolant. Différents nombres de couches correspondent à différentes caractéristiques de couplage électromagnétique et de diffusion thermique. Une structure à deux -couches constitue généralement la configuration de base, offrant une rentabilité élevée-et des processus de fabrication matures. Il convient aux applications avec des exigences d'inductance et de compatibilité électromagnétique (CEM) relativement souples, telles que les alimentations industrielles générales ou les systèmes à faible-puissance. Ce type de barre de cuivre laminée, tout en conservant la capacité de transport de courant de base-, réduit considérablement l'inductance parasite par rapport aux barres omnibus ou aux câbles en cuivre traditionnels et offre certaines capacités d'optimisation de l'espace.

 

Lorsque la structure est mise à niveau vers trois couches, une couche fonctionnelle intermédiaire (telle qu'une couche de blindage ou une couche neutre) peut être introduite dans le système, permettant au BusBar flexible laminé d'afficher des performances supérieures en matière de suppression des interférences électromagnétiques et de shuntage de courant multi-boucle. Ce type de structure est largement utilisé dans les scénarios nécessitant un certain niveau de stabilité et de capacité anti--interférences, tels que les applications de moyenne-puissance telles que les barres omnibus laminées pour l'électronique de puissance ou les barres omnibus laminées pour les entraînements de moteur à base d'IGBT-. En concevant rationnellement la disposition des couches intercalaires, la symétrie de la boucle de courant peut être encore optimisée, réduisant ainsi le bruit du système.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pour les structures à quatre -couches et supérieures, la conception des barres omnibus laminées entre dans une étape de haute intégration et de hautes performances. Les structures multicouches permettent non seulement une intégration élevée de plusieurs boucles de puissance, boucles de signal et couches de blindage, mais réduisent également considérablement l'inductance parasite grâce à un couplage intercouche étroit, ce qui les rend particulièrement adaptées aux applications impliquant des dispositifs de commutation à haute fréquence (tels que les IGBT et les modules SiC), telles que les barres omnibus laminées pour les onduleurs à courant élevé ou les barres omnibus laminées à condensateur pour les entraînements de moteur à base d'IGBT-. Ces conceptions présentent généralement des chemins de dissipation thermique supérieurs, formant un réseau de dissipation thermique tridimensionnel à travers des structures de cuivre minces multicouches, réduisant efficacement l'augmentation de la température et augmentant la capacité de transport de courant.

 

En termes de performances électriques, le principal avantage de l’augmentation du nombre de couches réside dans la réduction de l’inductance parasite. Un couplage plus étroit entre les électrodes positives et négatives permet l'annulation du champ magnétique, réduisant ainsi les pics de tension et les pertes de commutation, ce qui est particulièrement critique pour les applications à haute fréquence - (telles que les barres omnibus laminées pour les IGBT de circuits imprimés à courant élevé). Cependant, il est important de noter que l'augmentation du nombre de couches entraîne également une augmentation de la capacité distribuée, qui, si elle est mal conçue, peut avoir un impact négatif sur l'intégrité du signal haute fréquence.

 

En termes de gestion thermique, les barres omnibus laminées multicouches pour les applications industrielles présentent des avantages significatifs. En augmentant l'interface de dissipation thermique et en optimisant le chemin de conduction thermique, l'augmentation de la température peut être efficacement réduite dans les mêmes conditions actuelles, tout en améliorant la fiabilité à long terme du système. Cette caractéristique est particulièrement importante dans les appareils à haute-puissance-densité de puissance, tels que les barres omnibus pour l'électronique de puissance ou les barres omnibus en cuivre pour les applications d'énergie alternative.

 

Du point de vue de l'intégration du système, les structures multi-couches peuvent réduire considérablement le nombre de points de connexion, permettant ainsi un degré plus élevé de conception modulaire. Par rapport aux solutions traditionnelles, la réduction du nombre d'interfaces de connexion réduit non seulement la résistance de contact et les points de défaillance potentiels, mais réduit également considérablement la taille des équipements, répondant ainsi aux tendances de miniaturisation et d'intégration élevée des équipements électroniques de puissance modernes. Par exemple, les solutions multi-couches sont devenues le choix courant dans les barres omnibus laminées pour les structures de montage de banques de condensateurs ou les solutions de barres omnibus pour la distribution d'énergie électrique.

 

En termes d'adaptabilité environnementale et de performances mécaniques, les structures multi-pressées à chaud-offrent une résistance globale et une résistance aux vibrations plus élevées, ce qui les rend adaptées aux environnements d'exploitation complexes, tels que les applications à haute-fiabilité telles que les barres omnibus pour locomotives électriques ou les barres omnibus laminées pour les onduleurs d'engins spatiaux. Simultanément, la structure étanche, combinée à des matériaux isolants hautes-performances, améliore la résistance à la chaleur humide, au brouillard salin et au vieillissement.

 

Même si les conceptions multicouches-offrent de nombreux avantages, leur complexité de fabrication et leur coût augmentent également. Un nombre de couches plus élevé impose des exigences plus élevées en matière de précision de stratification, de performances des matériaux isolants et de contrôle des processus. Par exemple, dans les applications haut de gamme telles que les barres omnibus laminées pour les IGBT de puissance de soudage haute fréquence, les exigences en matière de cohérence et de fiabilité sont particulièrement strictes. Par conséquent, lors de la sélection pratique, une évaluation complète prenant en compte la puissance nominale, la fréquence de commutation, l’espace d’installation et le budget est nécessaire. Pour des scénarios d'application spécifiques, 2 à 3 couches suffisent généralement pour les systèmes à faible-à-puissance moyenne ; 3 à 4 couches sont plus adaptées aux systèmes de puissance moyenne-et aux systèmes avec certaines exigences CEM ; et 4 à 6 couches sont préférées pour les applications à haute -puissance, haute-fréquence et hautement intégrées.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

De plus, pour les topologies complexes (telles que les onduleurs à plusieurs-niveaux) ou les structures de circuits spéciales, une optimisation collaborative multi-boucle doit être réalisée via des barres omnibus laminées personnalisées pour les ordinateurs ou des barres omnibus personnalisées pour les solutions de protection électrique.

 

Il est important de souligner que le nombre de couches n’est pas le seul facteur déterminant les performances. La sélection des matériaux (tels que la pureté et l'épaisseur du cuivre), les caractéristiques diélectriques de l'isolation, la disposition structurelle et les processus de fabrication ont également un impact crucial sur les performances finales. Par exemple, les barres omnibus isolées vernies (VIB) présentent également des avantages uniques dans certains scénarios spécifiques. Par conséquent, une analyse complète du point de vue de l’ingénierie des systèmes doit être menée lors de l’évaluation des barres omnibus laminées.

 

Dans l'ensemble, la conception de jeux de barres laminés est essentiellement un processus de compromis-dimensionnel-. À mesure que les appareils électroniques de puissance évoluent vers une densité de puissance plus élevée, une fréquence plus élevée et une intégration plus élevée, une conception de barre omnibus laminée (MBB) bien conçue deviendra un facteur clé pour améliorer l'efficacité et la fiabilité du système. Ce n'est qu'en faisant correspondre précisément les exigences de l'application avec les paramètres structurels que la valeur fondamentale duBarre omnibus laminée dans la transmission de puissance moderneet les systèmes de conversion soient pleinement réalisés.