叠层母排设计
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叠层母排技术要求叠层母排技术广泛应用于电力、通信、汽车等领域,为了确保系统的安全和稳定,必须遵循一定的技术要求。
本文将从母排材料、母排连接、母排布局、母排绝缘、母排标识、母排保护、母排安装和母排测试等方面进行详细介绍。
1.母排材料叠层母排应采用高导电、高导热、耐腐蚀、抗疲劳的优质材料。
常用的材料包括铜、铝、铜合金等。
根据实际需求,可选择不同规格的导体材料,以满足电流承载和机械强度的要求。
2.母排连接叠层母排之间的连接必须牢固可靠,接触面应平整、清洁,并使用适当的紧固件。
对于关键连接部位,应进行接触电阻和连接强度的检测,确保连接质量符合设计要求。
3.母排布局叠层母排的布局应合理、紧凑,以减小电流在传输过程中的损失。
同时,应考虑到散热设计,确保母排在正常工作时不会过热。
此外,还要注意防止电磁干扰对周围设备的影响。
4.母排绝缘叠层母排应有足够的绝缘性能,以防止电流在不同层之间的泄漏。
绝缘材料应具有高电气绝缘强度和耐高温性能,以确保母排在恶劣环境下的安全运行。
5.母排标识叠层母排应有清晰的标识,包括产品名称、规格型号、额定电流等信息。
这些标识应耐久、清晰,以便于后续维护和管理。
6.母排保护叠层母排应采取适当的保护措施,以防止机械损伤和电气故障。
例如,可以在母排外面加装保护套管或支架,以防止母排弯曲或扭曲。
此外,对于关键部位,还应设置温度传感器和过载保护装置。
7.母排安装叠层母排的安装应按照制造商提供的说明书进行,确保连接正确、稳固。
在安装过程中,应避免母排受到过大的应力或弯曲,以免影响其机械性能和电气性能。
此外,还要注意保持工作区域的清洁和安全。
8.母排测试在安装完成后,应对叠层母排进行测试,以确保其正常工作。
测试内容包括但不限于:电气性能测试(如电阻、绝缘电阻等)、机械性能测试(如拉伸、弯曲等)以及环境适应性测试(如耐高温、耐低温等)。
测试结果应符合设计要求,以保证叠层母排在预期的使用寿命内安全可靠地运行。
功率变换器叠层母排优化设计
王青;卢林辉
【期刊名称】《电力与能源》
【年(卷),期】2013(034)001
【摘要】以60 kW开关磁阻电机系统中采用三相不对称半桥电路的功率变换器为例,设计叠层母排方案,通过电路仿真,研究各部分杂散电感对电路瞬态特性的影响.分析母排设计中各几何因素对杂散电感影响,引入影响因子,对母排设计中各因素的影响程度进行评估.据此,为母排最优设计提供依据.
【总页数】5页(P34-38)
【作者】王青;卢林辉
【作者单位】中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 221008;中国矿业大学信息与电气工程学院,江苏徐州 221008
【正文语种】中文
【中图分类】TK645.1
【相关文献】
1.大功率脉冲电能变换器功率模块叠层母排设计与优化研究 [J], 杜立天;彭俊荣;尹斌传
2.高压大容量变换器中母排的优化设计 [J], 易荣;赵争鸣;袁立强
3.大功率变流器系统叠层母排耐压漏电流的分析 [J], 李江胜;彭乐忠;高熠辉
4.基于有限元的叠层母排优化设计方法 [J], 张鹏程;张正卿;吴钫;帅骁睿;李锐
5.一种注塑叠层母排内部缺陷的检测方法 [J], 刘金锋;王斯博;徐德才;赵慧超;黄智昊
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大功率变流器系统H桥低感叠层母线排设计大功率变流器系统H桥低感叠层母线排设计1 引言大功率变流器正在被越来越广泛的应用,其所使用的igbt越来越短的开关时间导致了过高的dv/dt和di/dt,这就导致了分布杂散电感对功率器件关断特性有更重要的影响。
叠层母排技术可以有效抑制igbt的过电压尖峰[1][2]。
近年来直流母线排的研究主要有两个方向:(1)由于开关频率越来越高,其母线排的高频模型变得非常重要。
在文献[3]中提出了直流母线排的高频模型,但是这些文章都采用了较小尺寸器件适用的peec 方法,通过建立等效电路得到母线排的高频模型,所得到的母线排模型应用范围比较狭窄,而且缺乏工程实用性。
(2)改变母线排形状以实现低电感。
有文献采用给现有母线排开狭长形缺口的方法以改变电流流向,但其减少母排电感的可靠性值得怀疑,因为母线排内的孔洞造成的涡流损耗和电流分布不均可能反而会增加母线排的电感。
本文从实际出发,针对80kva/400a变流系统h桥母线排提出一种新的优化设计方案,从igbt布局,母排结构设计,缓冲吸收电路选择等方面全方位保证母排电感参数达到最优,在实际应用中有很好的可行性和可靠性。
2 igbt并联均流设计随着市场对兆瓦级大功率变流器的需求激增,目前igbt并联方案已成为一种趋势。
因为igbt并联能够提供更高的电流密度、均匀的热分布、灵活布局以及较高的性价比(这取决于器件及类型)。
通过将小功率igbt模块(包括分立式igbt)、大功率igbt模块进行并联组合,可获得不同额定电流的等效模块,而且实现并联的连接方式也灵活多样。
以高压变频器中广泛采用的h桥拓扑结构功率单元为例,其并联实现可以用不同电路结构的igbt模块,如半桥“ff”、单个“fz”、四单元“f4”和六单元“fs”,如图1所示。
并联可降低模块热集中,使其获得更加均匀的温度梯度分布,较低的平均散热器温度,这有益于提高热循环周次。
因此,igbt并联是大功率设计应用的最佳解决方案之一。
叠层母排加工工艺流程
叠层母排加工是一种常用的化工设备加工工艺,它可以在设备中使用叠层的母排来实现电气连接,从而增强设备的稳定性和可靠性。
叠层母排加工的工艺流程主要包括以下步骤:
1.设计母排结构。
在进行叠层母排加工之前,需要先根据设备的电气连接需求来设计母排的结构。
这包括母排的长度、宽度、层数、与设备的连接方式等。
2.制作母排板。
制作母排板需要根据母排结构的设计来进行选择材料、切割、打孔、折弯等工序。
在制作母排板时要注意板材的厚度、硬度和强度等因素。
3.叠层母排。
按照设计要求和实际需要,将母排板按照一定的顺序和方式进行叠层,并使用螺栓、螺母等工具将其固定在一起。
在叠层过程中要注意钻孔、插孔等精细加工的准确度。
4.加工连接槽。
将叠层好的母排板放置在加工平台上,使用铣床等设备将连接槽加工出来,以便将母排与设备连接。
5.清洗、打磨。
加工完成后,需要对母排进行清洗和打磨,以确保表面光洁度,避免电池短路或接触不良等问题。
6.总检验。
在确保加工无误后,对叠层母排进行总检验,以确保其电气性能和连接稳定性等指标符合设备要求。
通过以上工艺流程,可以保证叠层母排加工的质量和可靠性,为设备的正常运行提供有力保障。
叠层母排结构叠层母排结构是一种常见的电子元件连接方式,用于在电子设备中实现信号传输和电源供应。
它由多层母线板叠加而成,每一层都有独立的电路,通过互连孔将各层之间的电路连接起来,形成一个整体。
叠层母排结构具有连接可靠、布线灵活、体积小等特点,被广泛应用于各种电子设备中。
一、叠层母排结构的组成叠层母排结构由多层母线板、电路连接孔、连接螺柱、插接件等组成。
每一层的母线板上都有相应的电路布线,通过连接孔将各层之间的电路连接起来。
连接螺柱用于固定叠层母排结构的整体,插接件用于连接叠层母排结构与其他电子元件。
二、叠层母排结构的优势1. 连接可靠:叠层母排结构采用多层叠加的方式,相邻层之间的连接通过连接孔进行,连接紧密可靠,不易出现松动或接触不良的情况。
2. 布线灵活:叠层母排结构的每一层都可以独立布线,可以根据实际需求进行灵活布局,使得信号传输更加高效稳定。
3. 体积小:叠层母排结构采用多层叠加的设计,相比传统的线束连接方式,可以大大减小电子设备的体积,提高整体的集成度。
4. 维护方便:叠层母排结构中的电路连接可以通过连接螺柱进行固定,当需要维护或更换某一层电路时,只需解开连接螺柱即可,非常方便。
三、叠层母排结构的应用领域1. 通信设备:在通信设备中,叠层母排结构可以用于连接各个模块之间的信号传输和电源供应,实现设备之间的高效通信。
2. 工控设备:工控设备通常需要连接多个传感器和执行器,叠层母排结构可以提供灵活的布线方式,确保信号传输的稳定可靠。
3. 汽车电子:叠层母排结构可以应用于汽车电子领域,连接各个电子模块,提供信号传输和电源供应,实现汽车电子系统的正常工作。
4. 计算机设备:在计算机设备中,叠层母排结构可以用于连接主板和各个扩展卡,实现数据传输和电源供应。
四、叠层母排结构的制造工艺叠层母排结构的制造工艺包括以下几个步骤:1. 材料准备:准备好所需的母线板、连接孔、连接螺柱、插接件等材料。
2. 印制电路板制造:通过化学腐蚀、光刻等工艺将电路图案制作到母线板上,形成电路布线。
叠层母排降低杂散电感的原理最近在研究叠层母排降低杂散电感的原理,发现了一些有趣的事儿呢。
咱先来讲个生活小现象吧。
你看啊,在马路上,如果车辆都乱七八糟地行驶,就容易堵车,而且各种交通秩序都会乱套。
这就有点像电路里杂散电感引起的混乱状况。
杂散电感就像是那些不按规则走的小“车辆”,在电流传输的电路这个“大马路”上添乱。
那么叠层母排是怎么让这些杂散电感听话的呢?这就要说到它的结构了。
叠层母排是多层结构的,就好比咱们住的公寓,一层一层的很有秩序。
这种多层结构使得电流的路径规划得更好。
打个比方吧,就像公寓里有专门的电梯通道(就是电流的低电感路径),大家(电子)都按照这个通道来走,就不会乱窜乱撞了。
而且,叠层母排内部的导体之间的距离设计得很巧妙。
我个人理解啊,就像咱们摆放家里的家具一样。
如果东西都堆在一起,杂乱无章,到处挪东西的时候就容易磕磕碰碰。
而合理地摆放家具,就会让家里的空间使用起来很顺畅。
在叠层母排里,合理的导体间距就是把这些电流的通道规划好,减少了电感产生的那种“磕磕碰碰”,也就是减少了杂散电感。
有趣的是,我一开始也不明白为什么叠层母排的多层结构会对减少杂散电感这么有效呢。
后来深入学习才知道,这是和电磁学理论相关的。
在电磁学里,电感的大小和电流路径周围的磁场有关系。
叠层母排的设计极大地改变了这个磁场的分布情况,就像是重新布置了一个房间的魔法磁场一样神奇。
实际应用案例有很多啊。
像在电动汽车的电池包系统里就会用到叠层母排。
这是因为电动汽车的电池需要快速充放电,如果杂散电感过高的话就会产生很高的尖峰电压,就像水在水管里突然遇到堵塞就会喷出来一样,这对电池和其他电子元件是很危险的。
叠层母排降低了杂散电感,就像给电池电流打造了一条安全又高效的康庄大道。
这里要注意的是,虽然叠层母排能降低杂散电感,但它也不是在每种情况下都能达到完美的效果。
比如说在极端的高温或者强磁场干扰等特殊情况下,它的性能可能会受到影响。
这也让我感觉我们对于叠层母排的研究还存在很多可以继续深入的地方。
叠层母排降低杂扰电感原理今天来聊聊叠层母排降低杂扰电感原理的事儿。
你看啊,咱们生活里就有很多类似降低干扰的情况。
比如说咱们在嘈杂的大街上打电话,声音太乱听不清,这时候要是找个相对安静的角落,干扰就少多了。
叠层母排降低杂扰电感呀,就类似于给电感找个“安静角落”。
那咱们正式讲讲这原理哈。
杂扰电感产生的时候,磁场就像脱缰的野马一样到处乱窜。
而叠层母排呢,它是多层设计构造的。
这就好比我们盖房子,一层一层地盖,结构就很整齐。
我刚开始研究这个的时候,特别困惑为什么多层结构就能降低电感。
其实呢,这里面涉及到磁场互相作用的理论。
打个比方,这些多层结构就像是整齐排列的士兵方阵。
当杂散磁场(就像外敌)想要“扰乱”的时候,因为这个整齐的多层结构,磁场的变化就相互抵消了一部分。
就好比方阵里的士兵互相协作,抵抗外敌。
专业点说呢,叠层母排的多层结构使得相邻层的电流方向相反,根据电磁感应原理,所产生的磁场相互抵消,没有了那么多混乱的磁场,杂扰电感就降低了。
说到这里,你可能会问,那具体应用在哪呢?比如说在电动汽车的高功率充电桩里。
这里面电流大,非常容易产生高杂扰电感,叠层母排就派上大用场了。
它能让充电桩上面的电路更加稳定,充电效率更高而且还安全。
不过呀,我得承认这东西呢,还有很多我没研究透的地方。
比如说不同材质的叠层母排对降低杂扰电感有没有特别的影响,这就像是一座我还没探索完的小山,还等着我去挖掘。
我觉得大家也可以思考下,在咱们家用的一些电器设备里,是不是也能借鉴这个原理来让它们更加高效节能呢?希望大家和我一起讨论讨论这个有趣的话题。
在使用叠层母排的时候呢,也得注意,要根据实际需求有选择的使用合适的叠层结构和材料,否则也可能达不到预期的降低杂扰电感的效果。
大容量三电平逆变器叠层母排的研究摘要:1500V大容量集中式三电平逆变器,分布杂散电感对IGBT的关断特性有着重要影响,叠层母排的设计能有效减小杂散电感,抑制各功率器件的关断电压尖峰,省去吸收电容,使结构紧凑。
本文提出了一种复合铜排的设计,通过理论与仿真计算了该设计方案的杂散电感,并用实验加以验证,最后给出了系统结构和实验波形。
关键词:三电平逆变器,杂散电感,叠层母排1 引言直流母线回路电感的大小与母线的连接方式有很大关系,通常采用的铜排连接由于正负母线间距较大,因此回路面积较大,导致较大的等效电感。
叠层平面母排由紧密贴合的正负极铜板和夹在两者之间的绝缘材料构成三明治结构,绝缘片采用高绝缘强度材质,厚度较小,保证了正负铜板之间极小的回路面积,减小了等效电感。
本文提出了一种复合叠层母排设计,以1500V 大容量逆变器为研究对像,最后通过仿真和实验加以验证,证明是该叠层铜排的设计是有效的。
2 三电平逆变器换流回路杂散电感的影响分析三电平逆变器存在换流过程,研究其中输出相电压为正的换流情况,其中IGBT由开通转为关断的基本状态有两种,其他状态都可以依此类推,图1(a)表示T1正在关断,T3正在开通,电流流向负载端(为正方向),图1(b)表示T3正在关断,T1正在开通,电流流向直流侧(为负方向)。
在换流过程中,电流IT1或IT3正在减小,电流IDc1或IDF正增大,这两路突变电流会在其经过的各段连接线路和器件的杂散电感上感应产生高频电压,如下图1(a)与图1(b)所示,这些铜排连接线路和器件构成一个“换流回路”。
换流过程中产生的感应电压为:式中,为T1管换流过程中各段连接铜排及器件杂散电感的总和。
IGBT T1管上的电压应力为:可见,换流回路上叠加的感应电压与直流电压一起加在图1(a)的T1,或图1(b)的T3上,产生关断电压尖峰。
尖峰过高,可能会导致IGBT过压击穿、开关损耗增大等负面问题。
杂散电感越小,T1管的应力UT1越小。
IGBT模块低杂散电感叠层母排设计叠层母线用于实现电力电子产品中功率电路各组件的电气连接,通过采用正负极平行层叠分布的结构形式降低线路分布电感,从而降低功率元件两端的反向尖峰电压,降低功率器件对电压保护吸收电路的要求,提高功率器件运行的可靠性和稳定性,同时提高了电路的集成度,便于维修维护。
叠层母线具有以下优点:(1)低杂散电感,从而减少电压尖峰对元器件的损害,提高(延长)电子元器件的使用寿命;(2)具有最小的阻抗,降低连接组件两端的压降;可以降低系统噪音和电磁干扰、射频干扰;(3)方便安装和现场维护;(4)减少部件数量,增加系统可靠性;(5)简洁、美观。
目前BUSBAR已经被广泛应用于电力电子、航空航天、交通运输及军事等领域。
功率损耗与杂散电感的影响,V CE, I C, P v, E switch 的关系如下图:如果增加开关速度, 将减少开关损耗 E switch :杂散电感对关断过程的影响:IGBT在关断时,由于直流环节的杂散电感,两端会出现过电压:加上直流母线电压后可能会导致Vce>Vcemax,从而使IGBT过电压损坏。
通过设计低电感的直流环节(较小的Lstray),可以使过电压显著减小。
电感:当线圈中有电流通过时,线圈的周围就会产生磁场。
当线圈中的电流发生变化时,其周围的磁场也产生相应的变化,此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势,这就是自感。
两个电感线圈相互靠近时,一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈,这种影响就是互感。
母线的电感:电感普遍存在与导电的导体。
通常叠层母线(BUSBAR)的物理尺寸是由系统决定的,元器件的位置是由BUSBAR的结构决定的。
为了尽量减少电感的影响,而又不会对系统整体装配有大的影响,可以通过缩短导体与导体之间隔开的间距来实现。
在系统或者部件允许范围内,导体也应该设计成尽可能的宽。
电感估算公式:其中:L=nH,l=导体长度,a=电介质厚度,b=导体宽度电容:电容(或称电容量)是表征电容器存储电荷本领的物理量。
基于IGBT并联技术的叠层母排优化设计摘要:本文针对300kW和400kW变流器模块的降本兼容型叠层母排进行优化设计,通过杂散电感仿真和双脉冲试验对优化前后两种叠层母排方案进行了研究,同时通过双脉冲试验对不同电容布局的影响进行研究。
结果表明,叠层母排优化前后性能相当,但优化后叠层母排上下管回路杂散电感、载流密度分布更均衡;分析不同电容布局之间性能近似相同,但从散热及结构对称考虑,选用布局一,更有利于电容器散热。
关键词:IGBT并联;叠层母排;双脉冲试验;杂散电感中图分类号:TK1721 引言在中小功率变流器场合,对成本有更为严苛的要求,往往通过低成本器件并联应用来降本,同时要求部件兼容设计。
由于IGBT器件本身参数具有随机性,因此需要优化结构设计,尽可能对称设计,以提高IGBT并联均流。
同时,为降低杂散电感所引起的电压过冲问题,采用低成本的叠层母排设计,以降低回路杂散电感。
在部件兼容性方面,需要考虑不同器件布局对并联IGBT的均流和电压过冲的影响。
因此,本文主要基于300kW和400kW变流器的降本要求和兼容性考虑,分析了300kW变流器的叠层母排优化设计方案,同时,分析不同的电容器布局对器件并联性能的影响,最后分析了优化后叠层母排的IGBT并联均流效果。
2 原理与设计2.1 器件选型300kW和400kW变流器技术参数如表1所示。
为考虑成本和兼容性,采用低成本封装IGBT器件并联,同时设计兼容型叠层母排,通过选配不同型号的IGBT 器件和不同数量的支撑电容器,从而实现兼容设计和降本。
表1 变流器技术参数Table.1 The technical parameters of convertersIGBT器件电压定额按式(1)计算:(1)式中:Udc-max为中间直流电压最大值;K1为电压裕度系数,取1.15;K2为安全系数,取1.1;ΔU为开关过电压,取200V。
因此,采用2个1200V的IGBT元件并联,考虑均流系数0.9,则IGBT器件电流定额按如下式(2)计算:(2)式中:IO为逆变器输出电流(有效值);K3为电流尖峰系数,取值1.3。
大功率脉冲电能变换器功率模块叠层母排设计与优化研究杜立天;彭俊荣;尹斌传【摘要】通过分析叠层母排设计的基本原理,对大功率脉冲电能变换器功率模块叠层母排的设计要点进行了研究.论文依据母排结构对杂散电感的影响,明确了叠层母排设计和优化的原则,并运用到大功率脉冲电能变换器的叠层母排设计中.最后通过软件仿真分析,验证了母排设计原则的可行性及大功率脉冲电能变换器叠层母排设计的合理性.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2017(037)011【总页数】4页(P74-77)【关键词】叠层母排;大功率;脉冲电能变换器;杂散电感【作者】杜立天;彭俊荣;尹斌传【作者单位】武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064;武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TM921随着现代半导体器件技术发展,IGBT开关速度目前可以达到µs级。
若线路杂散电感较大,在IGBT两端会产生很大的开关电压尖峰,导致半导体器件承受的电压应力超过器件安全工作区而损坏。
功率模块结构中杂散电感由直流母线电容的串联电感、半导体器件内部的杂散电感、连接螺丝的杂散电感以及叠成母排的杂散电感组成,而前三部分的杂散电感是难以改变的,故需降低叠层母排上的杂散电感。
叠层母排设计与优化是整个变换器设计较为重要的一环,叠层母排杂散电感将直接影响IGBT开关器件的使用效果,也进而影响其输出电气性能与电力装置的电磁兼容问题。
阅读大量文献后发现已经有很多重要的叠层母排设计方法[1-3]。
以这些设计方法为基础,对影响叠层低感母排电感的因素进行分析,然后对大功率脉冲电能变换器功率模块叠层母排进行优化设计。
叠层母排由多层铜板构成且铜板之间用高绝缘材料隔开,相比于非叠层母排具有空间紧凑、杂散电感小等优点,在大功率电能变换器中得到大量运用。
在确定电能变换器设计功率等级、拓扑结构、器件选择等具体要求且完成变换器整体布局后,就可以开始设计叠层母排。
叠层母排产品概述叠层母排是一种多层复合结构的电气连接排,对传统的电气设计而言,其类似于配电系统的高速公路;又称为层压母排、直流母排、低电感母排、多极性母排、高集成母排等(英性能优势HKMB和传统的配线方式相比,它可以用较低的成本获得更可靠的电气、结构和热设计等方面的优化设计,尤其是在大功率的模块化产品的应用优势更为明显。
工艺特性采用高效率的创新热压技术,绝缘材料采用国外进口的材料,导体采用符合“GB/T 5231-2001|加工铜及铜合金化学成分和产品形状”,导体电镀工艺采用符合“GB/T12599-2002 GB/T 12599-2002 金属覆盖层锡电镀层技术规范和试验方法”。
我们拥有一套一致性高的生产工艺,保证HKMB产品能安全承受较重的机械、电气的负荷和较高的温度负荷。
电气特性HKMB采用的绝缘纸厚度相对较小,介电常数K相对较高,所以母排的电容相对较大,即相当于增加了系统电容;另外,HKMB的物理结构特点也决定了它的高的分布电容、低的系统阻抗、低的串联电感的特性,见下表:结构特性结构设计集成度高,易于安装,有利于产品系列化和模块化。
材料选型导体绝缘材料镀层HKMB 产品系列行业应用HKMB®的重要的特性是高的分布电容、低的系统阻抗、低的串联电感,所以在电力电电力电子电力电子装置设计中,HKMB产品可提供低电感直流通路,确保IGBT最佳的开通和关断特性。
HKMB产品是直流电源电路中的关键部件,以连接IGBT 、电容的一次回路,同时也可以连接其他二次回路的器件。
轨道交通电力机车和电动汽车中,对器件的可靠性要求更高,HKMB产品可提供低电感直流通路,确保IGBT最佳的开通和关断特性,在大电流的应用上这个优势更为明显。
医疗器械激光、射线、核磁设备应用中,要求设备性能稳定和可靠,HKMB产品具有优良的电气特性,和最小的EMI和RFI设计,防止串扰,在医疗领域可以提供优良的解决方案。
网络通讯通讯领域中,通信基站和互联网路由器设备制造商要求设备性能稳定和可靠,HKMB 产品具有优良的电气特性,和最小的EMI和RFI设计,防止串扰,在通讯领域领域可以提供优良的解决方案。
适用于器件并联型ANPC拓扑的低感叠层母排设计方法引言随着电力电子技术的发展,越来越多的应用需要高功率密度和高效率的电力转换器。
而在这些电力转换器中,全桥拓扑是一种常见且重要的拓扑结构。
为了提高系统效率和减小体积,研究人员开始将全桥拓扑与ANPC (Active Neutral Point Clamped) 拓扑相结合,形成了器件并联型ANPC拓扑。
然而,在设计这种器件并联型ANPC拓扑时,低感叠层母排的设计显得尤为重要。
因为低感叠层母排能够有效地降低系统中的传输损耗和电磁干扰,并提高系统的可靠性和稳定性。
本文将介绍适用于器件并联型ANPC拓扑的低感叠层母排设计方法。
ANPC拓扑简介ANPC(Active Neutral Point Clamped)是一种多级变换器拓扑结构,由多个H桥单元组成。
每个H桥单元都由两个开关管(IGBT或MOSFET)和一个二极管组成。
ANPC拓扑结构的优点是能够实现高电压转换和低谐波失真。
器件并联型ANPC拓扑器件并联型ANPC拓扑是在传统的ANPC拓扑结构基础上进行改进的一种形式。
它采用了多个并联的IGBT或MOSFET,以增加系统的功率容量和可靠性。
器件并联型ANPC拓扑具有更低的开关损耗和更好的热分布,适用于高功率应用。
低感叠层母排设计方法低感叠层母排设计是器件并联型ANPC拓扑中非常重要的一环。
以下将介绍适用于这种拓扑结构的低感叠层母排设计方法。
1. 母排材料选择选择合适的母排材料对于降低系统中的传输损耗至关重要。
常见的母排材料有铜、铝等。
铜具有较好的导电性能和热导性能,但成本较高;铝虽然导电性能稍差,但成本较低。
根据实际应用需求选择合适的材料。
2. 母排截面积计算根据系统的功率需求和电流负载,计算出所需的母排截面积。
截面积的大小直接影响传输损耗和温升。
一般来说,截面积越大,传输损耗越小,温升越低。
3. 母排间距设计母排间距的大小对于系统的绝缘强度和电磁干扰都有一定影响。
导体材料选择
Conductors
叠层母排的导体材料主要采用牌号为T2的紫铜板或1060的铝板
名称NAME
牌号CODE
密度
DENSITY
导电率 Electrical Conductivity 导热性
Thermal
Conductivity
电镀
Electroplating
紫铜
Copper T2/C11000/C1100 8.9g/cm³
98.3%IACS 388W/m-K Tin,Nickel,Silver,Gold 铝合金
Aluminum 1060/A1030 2.7g/cm³
62%IACS 234W/m-K
Tin,Nickel,Silver,Gold,
Copper
碲铜
Tellurium copper CuTep/C14500 8.9g/cm³ 93%IACS 355W/m-K Tin,Nickel,Silver,Gold 黄铜
Brass H62/C26000 8.53g/cm³
28%IACS
120W/m-K Tin,Nickel,Silver,Gold
绝缘材料选择
Insulations
叠层母排的主要绝缘材料一般采用PET ,这种材料的性价比
如有特殊要求可选用其他材料。
FR-4板及GPO-3板作为辅助绝缘材料
材料 Material 密度Density (g/cm³) 热导率Thermal Conductivity (W/kg.k) 介电常数Dielectric Constant (f=60Hz) 介电强度
Dielectric Strength (kV/mm)
阻燃等级Flame Retardanc 绝缘耐热等级
Thermal class
吸水性
Hygroscopicit
/24h
诺美纸
NOMEX 0.8~1.1 0.143 2.7 32 94V-0 220 10
聚酰亚胺
PI 1.42 0.094 2.8 173 94V-0 220 0.24
聚酯薄膜
PET
1.38 0.128 3.8 120 94V-0 105 0.1~0.2
环氧玻璃
布层压板
1.6 0.24 4.6 40 94V-0 130 0.15
FR-4
不饱和聚
1.95 0.2 4.5 40 94V-0 155 0.2~0.4 酯树脂
版GPO-3
NOMEX
优良的耐火、耐热性、良好的耐化学腐蚀性,机械性能好的,耐辐射阻燃
Flame resistance;Thermal resistance; Strong corrosion protection
聚酯薄膜PET
良好的电性能,耐化学腐蚀性,低吸湿性价格低廉
Good electrical performance; Corrosion protection;Low water absorption;
Low price.
聚酰亚胺PI
优良的耐热性、良好的电性能,耐辐射阻燃
High temperature proof;
excellent electrical performance;
Radiation resistance;
Flame resistance.
FR-4
机械。
电气用,中温下机械强度较高,高温下电气性能稳定性好。
For machinery, electrical equipment, high temperature mechanical strength,
good electrical properties under high humidity stability.
COP-3
高温下良好的机械性能;优异的阻燃性,抗电起痕性能及防腐蚀性能。
Good mechanical properties under high temperature; excellent flame resistance,electrical resistance and anti-corrosive.
设计标准
Design reference standards
设计一款叠层母排所需的电气参数如下:
a :额定工作电压及设备使用坏境污染等级,用于计算机所需的电气间隙、爬电距离和工频耐压测试电压值。
b :额定工作电流、峰值电流大小及时间以及允许温升,这些参数决定了导体的大小及结构。
c :其他特殊要求,如用防爆设备的产品,其电气要求会比常规产品要高。
参考标准:
GB4706.1-2005家用和类似用途电气的安全:通用要求(IEC60335-1:2001 SAFETY OF HOUSEHOLD AND SIMILAR ELECTRICAL APPLIANCES )
GB12668.5调速电气传动系统 第5部分:安全的要求(IEC61800-5-1:2003 Adjustable speed electrical power drive drive systems - Part 5-1:Safety requirements - Electrical,thermal and energy )
GB3836.4-200 1爆炸性环境 第4部分:由本质安全性“i ”保护的设备(IEC 60079-11-2010 Explosive atmospheres - Part 11:Equipment protection by intrinsic safety “i ”)
设计软件
Design software
仿真分析软件
Simulation Softwares
利用ANSYS 及ANSOFT 进行产品温升、电磁仿真,优化产品结构,以最经济最合理的结构完成产品设计
设计计算
Design formula
最小截面经验计算公式Empirical formula for minimum cross-sectional area:
A=0.203I*[1+0.1(N-1)] A:最小截面面积大小,单位mm2 I:峰值电流大小,单位A
N:叠层母排层数
电感Inductance
a:铜排的电感计算公式(适用于直流和低频交流):Inductance formula for single bar ( DC&low-freq AC)
b:叠层母排的电感计算公式(适用于直流和低频交流):Inductance formula for laminated bus bar(DC&low-freq AC)
L:叠层母排电感,单位nH
l:铜排长度,单位mm
w:铜排宽度,单位mm
d:上下铜排质检的中心距离,单位mm
电容 Capacitance
C:叠层母排电容,单位pF
µ:绝缘材料的相对介电常数
l:铜排长度,单位mm
w:铜排宽度,单位mm
d:上下铜排质检的中心距离,单位mm数。