Guide d'optimisation des inductances parasites des barres omnibus laminées : comment réduire les pointes de tension et les pertes de commutation dans les onduleurs SiC

Lors de la transition des systèmes électroniques de puissance des IGBT au silicium traditionnels aux dispositifs en carbure de silicium (SiC), un problème clé est progressivement apparu : les dispositifs SiC ont des vitesses de commutation extrêmement rapides, mais les inductances parasites dans le système peuvent sérieusement nuire aux performances. Les pics de tension et les oscillations à haute fréquence - provoquées par une inductance parasite menacent non seulement la sécurité des appareils, mais diminuent également considérablement les avantages en termes de performances du SiC. Les barres omnibus laminées à haute-densité constituent la solution structurelle de base pour résoudre ce goulot d'étranglement. Cet article expliquera pourquoi les barres omnibus laminées peuvent réduire l'inductance et comment les sélectionner dans des applications pratiques.

I. Bien que les dispositifs SiC soient plus rapides, les inductances parasites deviennent un obstacle majeur.

Les MOSFET SiC commutent à des vitesses plus de dix fois supérieures à celles des dispositifs au silicium, ce qui se traduit par une densité de puissance et une efficacité plus élevées. Cependant, le revers de la médaille est qu’une commutation plus rapide entraîne un taux de variation du courant plus élevé (di/dt). Selon la formule V=L × di/dt, même une inductance parasite de seulement quelques nanohenries peut générer des pointes de tension de plusieurs centaines de volts aux bornes de l'appareil. Ces pointes se superposent à la tension du bus et si elles dépassent la limite de tension de tenue de l'appareil, elles tomberont en panne et grilleront.

Plus problématique est que l'inductance parasite peut également entrer en résonance avec la capacité de sortie des dispositifs SiC, générant des oscillations à haute -fréquence (sonnerie). Cette oscillation augmente les pertes de commutation et provoque un échauffement de l'appareil, et génère également de graves interférences électromagnétiques, empêchant le système de passer la certification CEM. Pour des raisons de sécurité, les ingénieurs doivent souvent faire des compromis : soit choisir des modules avec une tension de tenue plus élevée (augmentation des coûts et des pertes), soit augmenter la résistance de grille pour ralentir la vitesse de commutation (gaspillage direct de l'avantage haute fréquence du SiC). L'émergence de jeux de barres laminés à trois-couches vise à éradiquer ce problème au niveau structurel.

II. Pourquoi un jeu de barres laminé dans un convertisseur de puissance-haute réduit-il l'inductance ?

Les jeux de barres traditionnels ont deux conducteurs séparés, avec des courants directs et inverses éloignés. Les champs magnétiques qu’ils génèrent ne peuvent pas s’annuler, ce qui entraîne une inductance parasite élevée. L'idée principale d'un jeu de barres laminé dans un convertisseur de haute-puissance est d'empiler les conducteurs aller et retour ensemble, les faisant fonctionner très près les uns des autres. Les directions du courant sont opposées et les directions du champ magnétique sont également opposées ; les deux champs magnétiques s'annulent, réduisant l'inductance parasite à un-dixième ou même moins des solutions traditionnelles.

Du point de vue de la classification des produits, les barres omnibus laminées ne sont pas des barres omnibus conductrices ordinaires, mais plutôt des composants de puissance passifs dotés d'une structure conçue avec précision. Selon le nombre de couches, les structures courantes comprennent trois, quatre ou même cinq couches. Plus il y a de couches, plus le chemin du courant est compact et plus l'inductance est faible. En tant que composant de connexion clé de l'onduleur, sa valeur d'inductance détermine directement la limite supérieure des performances dynamiques de l'ensemble de l'onduleur.

III. Comment sélectionner des barres omnibus laminées pour différents scénarios d'application ?

La logique de base pour la sélection est la suivante : considérez d’abord le niveau de tension, puis la capacité actuelle et enfin l’espace d’installation.

Les véhicules à énergie nouvelle constituent actuellement le domaine d'application-qui connaît la croissance la plus rapide pour les barres omnibus lambinées. Les barres omnibus laminées pour voitures électriques doivent transporter des centaines d'ampères de courant dans un très petit espace tout en répondant aux exigences de vibrations et de cycles de température de qualité automobile. Ils utilisent généralement des structures composites multi-couches pour équilibrer une faible inductance et une fiabilité élevée.

Le secteur du transport ferroviaire a des exigences de sécurité extrêmement élevées. Les barres omnibus lambinées Subway doivent répondre à des normes strictes en matière de protection contre les explosions-, les incendies-et la corrosion-, tout en contrôlant les interférences électromagnétiques dans l'environnement clos des tunnels souterrains. Par conséquent, des produits dotés de conceptions de protection, tels que les barres omnibus d'onduleur haute tension antidéflagrantes -, sont souvent choisis.

Pour les topologies complexes telles que les onduleurs à trois-niveaux, les barres omnibus lambinées pour les onduleurs à trois-niveaux doivent intégrer plusieurs bus positifs et négatifs dans un seul jeu de barres, ce qui entraîne une complexité structurelle plus élevée et des exigences plus strictes en matière d'isolation intercouche et de précision d'alignement. Les jeux de barres laminés pour les installations de jeux de barres complexes sont conçus pour les convertisseurs de fréquence industriels, les systèmes de stockage d'énergie et d'autres applications, et prennent en charge les conceptions multibranches personnalisées.