Analyse des tendances et des applications dans la technologie des jeux de barres laminés : solutions de connexion à faible-inductance pour les systèmes électriques à haute-puissance

 

Avec le développement rapide de secteurs tels que les véhicules à énergie nouvelle (NEV), les systèmes de stockage d'énergie, les alimentations industrielles et les réseaux intelligents, les équipements électroniques de puissance évoluent vers des densités de puissance plus élevées, des tensions nominales plus élevées et des structures plus compactes. Dans ce contexte, les connexions par câble traditionnelles et les structures de jeux de barres en cuivre standard sont de moins en moins en mesure de répondre aux exigences des applications impliquant une commutation à grande vitesse, un fonctionnement à haute fréquence et des environnements de gestion thermique complexes.

 

En tant que composant d'interconnexion électrique avancé, le jeu de barres laminé-formé en laminant plusieurs couches de conducteurs et de matériaux isolants dans une structure intégrée-réduit efficacement l'inductance parasite dans la boucle de courant et améliore la vitesse de réponse du système et la stabilité opérationnelle. Actuellement, cette technologie est largement appliquée dans les systèmes d'entraînement électrique NEV, les convertisseurs de stockage d'énergie, les onduleurs industriels, le transport ferroviaire et les systèmes d'alimentation électrique hautes-performances.

 

Par rapport aux méthodes de connexion traditionnelles, le principal avantage des jeux de barres laminés réside dans l’optimisation des chemins de transmission du courant. En empilant étroitement les conducteurs positifs et négatifs (ou les conducteurs à différents potentiels), la zone de boucle de courant est minimisée ; cela permet aux champs magnétiques générés par des courants circulant dans des directions opposées de s'annuler, réduisant ainsi l'inductance parasite. Ceci est particulièrement critique pour les systèmes utilisant des dispositifs d'alimentation à grande vitesse tels que les IGBT et les MOSFET SiC, car cela atténue efficacement les pics de tension lors de la commutation et améliore la fiabilité des équipements.

 

Dans le secteur NEV, la mise à niveau continue des plates-formes haute-tension nécessite que les composants d'interconnexion électrique répondent simultanément aux demandes de capacité de transport de courant-élevée, de conception légère et d'optimisation de l'espace. Par exemple, le jeu de barres de l'unité de distribution d'énergie (PDU) dans les systèmes de batteries haute tension- doit gérer la distribution d'énergie, les connexions de protection et la conduction du courant fiable, ce qui impose des exigences plus élevées en matière de propriétés des matériaux et de conception structurelle.

 

À l’avenir, avec le développement de plates-formes de tension 800 V et plus, les barres omnibus laminées joueront un rôle de plus en plus central dans les systèmes de transmission à énergie nouvelle.
 

 

Les barres omnibus laminées sont généralement constituées de couches conductrices, de couches isolantes et de couches protectrices. Les conducteurs sont principalement constitués de cuivre ou d'aluminium hautement conducteurs, tandis que les matériaux isolants-tels que le PET, le PI ou la résine époxy-sont sélectionnés en fonction de la tension nominale, des environnements thermiques et des exigences spécifiques de l'application.

 

Le processus de fabrication implique généralement un estampage de précision, un pliage, un traitement de surface, un laminage d'isolation et un moulage par stratification finale. En contrôlant avec précision l'espacement intercouche et les dimensions structurelles, il est possible d'obtenir une faible-inductance et une transmission de puissance hautement fiable.

 

Dans les systèmes d'alimentation à découpage-haute vitesse, l'inductance affecte directement les performances des composants de puissance. Une inductance de boucle excessive peut entraîner des pics de tension élevés lors des transitoires de commutation, compromettant ainsi le fonctionnement sûr des composants. Par conséquent, la conception à faible-inductance est une spécification technique essentielle pour les jeux de barres laminés.

 

Pour les applications d'entraînement à grande vitesse dans l'automatisation industrielle, les barres omnibus laminées conçues pour les entraînements à fréquence variable (VFD) optimisent la disposition des conducteurs afin de réduire la longueur de la boucle de courant, améliorant ainsi l'efficacité opérationnelle du système à fréquence variable.

 

En plus de réduire l'inductance, les jeux de barres laminés offrent les avantages suivants :

 

Premièrement, ils améliorent l’utilisation de l’espace. Les faisceaux de câbles traditionnels nécessitent un espace de routage important, tandis que la structure laminée intègre plusieurs chemins conducteurs dans un encombrement compact, permettant des conceptions d'équipements plus compactes.

 

Deuxièmement, ils améliorent les capacités de gestion thermique. Les conducteurs en cuivre de grande-surface-réduisent la densité de courant localisée et l'augmentation de la température, améliorant ainsi la stabilité opérationnelle à long-terme.

 

Troisièmement, ils augmentent la fiabilité de l'assemblage. La structure intégrée minimise le nombre de points de connexion, réduisant ainsi le risque de défaillances causées par des facteurs tels que des boulons desserrés ou l'oxydation des contacts.

 

Dans le domaine du calcul-haute performance, les systèmes électriques doivent prendre en charge une distribution de courant-haute vitesse et élevée- ; ainsi, les barres omnibus laminées conçues pour les cartes de circuits imprimés ou les fonds de panier de superordinateurs répondent aux exigences de connexions électriques compactes et hautement fiables dans les serveurs et les plates-formes informatiques.

 

 

 

Actuellement, la demande croissante de barres omnibus laminées est principalement tirée par des secteurs tels que les véhicules à énergies nouvelles (NEV), les systèmes de stockage d'énergie, les onduleurs industriels et les centres de données.

 

Les blocs-batteries, les contrôleurs de moteur et les systèmes de distribution d'énergie à haute tension-dans les NEV nécessitent tous des structures de transmission d'énergie stables et fiables. Par rapport aux connexions traditionnelles en fils de cuivre, les barres omnibus laminées réduisent le poids et améliorent l'utilisation de l'espace tout en garantissant un fonctionnement fiable dans les conditions sujettes aux vibrations-typiques des environnements de véhicules.

 

Dans les systèmes de commande de moteur, les jeux de barres de contrôleur de moteur gèrent des connexions à courant élevé-entre les modules de puissance, nécessitant une faible résistance, une faible inductance et une excellente dissipation thermique. À mesure que la puissance de sortie des NEV augmente, ces applications imposent des exigences de plus en plus strictes en matière de conception des jeux de barres.

 

La croissance de l’industrie du stockage d’énergie a également entraîné des améliorations technologiques pour les jeux de barres laminés. Les-systèmes de stockage d'énergie à grande échelle-comprenant des clusters de batteries, des modules de conversion de puissance et des unités de contrôle-exigent des structures de distribution d'énergie très fiables. L'optimisation de la conception laminée permet de réduire les pertes du système et d'améliorer l'efficacité de la conversion énergétique.

 

Dans le secteur des infrastructures de télécommunications, la demande croissante en énergie des stations de base 5G et des équipements informatiques de pointe a fait des structures de distribution d'énergie à haute densité une priorité. Les jeux de barres laminés conçus pour la distribution d'énergie des stations de base cellulaires permettent des configurations d'alimentation plus stables et plus compactes au sein des équipements de télécommunications.

 

Parallèlement, les centres de données imposent de nouvelles exigences en matière de distribution d'énergie à haute -densité d'énergie-. Compte tenu de l’espace limité à l’intérieur des racks de serveurs, des solutions de connexion électrique efficaces, sûres et fiables sont nécessaires. Par conséquent,jeux de barres laminés pour la distribution d'énergie-montée en rackdeviennent de plus en plus un composant essentiel des systèmes électriques des centres de données modernes.