Barres omnibus d'onduleur laminées : principe de réduction de l'inductance parasite et considérations clés pour la conception à courant élevé

Le principal avantage de la barre de cuivre laminé provient de sa structure laminée « sandwich » - les couches de cuivre conductrices positives et négatives sont étroitement empilées à travers un milieu isolant (tel que le polyimide ou la résine époxy), formant des boucles conductrices avec des directions de courant opposées et des positions spatiales qui se chevauchent. Lorsqu'un courant à haute-fréquence et à haute-circule, le courant dans les couches de cuivre positives et négatives génère des champs magnétiques d'amplitude égale mais de direction opposée. Ces champs magnétiques s'annulent, affaiblissant considérablement la liaison du flux magnétique total de la boucle et réduisant ainsi considérablement l'inductance parasite. Les données de mesure réelles montrent qu'une barre omnibus en cuivre laminé de 200 mm de long, 100 mm de large et 0,5 mm d'épaisseur peut contrôler son inductance parasite à 3-5 nH, tandis que l'inductance parasite d'une barre omnibus parallèle de même taille peut atteindre 110 nH, soit une différence de plus de 20 fois. Cette caractéristique de faible inductance supprime non seulement les pics de tension, mais réduit également les pertes de commutation, diminue les interférences électromagnétiques (EMI) et améliore l'efficacité et la fiabilité globales du système.

La conception des barres omnibus laminées pour les télécommunications nécessite une attention particulière à quatre éléments principaux : premièrement, les couches de cuivre positives et négatives doivent être strictement parallèles et se chevaucher pour maximiser la zone de chevauchement du chemin de courant et minimiser la zone de boucle restante ; Deuxièmement, l'épaisseur de la couche d'isolation doit être minimisée autant que possible. Théoriquement, plus l'espacement est petit, plus l'effet d'annulation du champ magnétique est important ; troisièmement, la largeur de la barre omnibus laminée doit être raisonnablement conçue, car une couche de cuivre plus large peut améliorer l'uniformité de la distribution du courant sous l'effet de peau haute -et supprimer davantage l'inductance ; quatrièmement, les positions des trous de montage doivent être disposées symétriquement pour garantir que la distance de connexion entre les dispositifs d'alimentation (tels que les IGBT) et les condensateurs de support CC est minimisée, réduisant ainsi l'inductance de boucle supplémentaire. En outre, les barres omnibus laminées à onduleur présentent également des avantages tels qu'une capacité de transport de courant élevée (3-5 A/mm² par unité de section transversale-de section), une efficacité de dissipation thermique élevée (la structure de cuivre mince multi-couche augmente la zone de dissipation thermique) et une structure compacte (la conception intégrée remplace les câbles dispersés), et sont largement utilisées dans des scénarios à courant élevé tels que les onduleurs de véhicules à énergie nouvelle, les convertisseurs de stockage d'énergie photovoltaïque, les convertisseurs de fréquence industriels et les systèmes de traction de transport ferroviaire.

La quantification de l'inductance parasite nécessite un test à double-impulsion, qui est une méthode de test standard-du secteur. Pendant les tests, un circuit en demi-pont-doit être construit. Un double-signal d'impulsion est appliqué via l'interrupteur côté bas-, et la tension du collecteur-émetteur (Vce) et les formes d'onde de courant du dispositif du bras supérieur- (tel qu'un IGBT) sont mesurés. Il est important de sélectionner le transitoire d'activation-(plutôt que le transitoire d'arrêt-d'arrêt) pour la mesure, car le changement de courant est plus stable à l'allumage-, évitant ainsi les interférences du courant de récupération inverse de la diode de roue libre. Selon la formule L=ΔVce / (di/dt), l'inductance parasite totale de la boucle peut être calculée en lisant le pic de tension (ΔVce) et le taux de changement de courant (di/dt) à l'instant d'allumage-. Dans les mesures réelles, l'inductance parasite de la boucle utilisant des connecteurs de jeu de barres laminés est généralement d'environ 75 nH, tandis que celle des jeux de barres parallèles traditionnels dépasse 200 nH, vérifiant les avantages significatifs de la structure laminée.

Lors de la sélection d'une alimentation, la solution appropriée doit être choisie en fonction du courant nominal : pour les applications inférieures à 100 A, des solutions d'alimentation de jeu de barres laminées conventionnelles avec une épaisseur de couche d'isolation de 0,2-0,3 mm peuvent être utilisées ; pour les applications 100-500 A, une couche de cuivre plus épaisse et une épaisseur de couche d'isolation de 0,3-0,5 mm sont requises ; pour les applications 500-1000A, une structure empilée multicouche avec une épaisseur de couche isolante de 0,5 mm est nécessaire ; et pour les applications supérieures à 1 000 A, une conception personnalisée est requise, avec une distribution de courant et une résistance aux courts-circuits optimisées grâce à la simulation. Le processus de conception doit respecter le principe de minimisation de la zone de boucle de courant, tout en tenant également compte des exigences de dissipation thermique et de résistance mécanique. Pour les applications haute tension, la tension nominale de tenue d’isolation doit également être vérifiée.