Tecnologie chiave per il miglioramento della densità di potenza: analisi della conoscenza del settore delle sbarre collettrici laminate

Con il rapido sviluppo di nuovi veicoli energetici, sistemi di stoccaggio dell'energia, convertitori industriali e apparecchiature elettroniche di potenza ad alta-frequenza, le tradizionali strutture a sbarre collettrici in rame non sono più in grado di soddisfare le richieste di elevata densità di potenza, miniaturizzazione e basse perdite. In questo contesto, le sbarre laminate sono gradualmente diventate una componente importante dei moderni sistemi di connessione elettrica. Come soluzione di connessione conduttiva integrata, raggiunge una bassa induttanza parassita, un'elevata capacità di trasporto di corrente e un'eccellente compatibilità elettromagnetica attraverso la laminazione composita di più conduttori e materiali isolanti ed è ampiamente utilizzata in scenari ad alta-frequenza, alta-tensione e alta-potenza.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Le sbarre collettrici laminate sono essenzialmente barre di connessione con struttura composita multi-strato, generalmente formate da strati alternati di conduttori in rame o alluminio e mezzi isolanti. Rispetto alle tradizionali strutture discrete di sbarre in rame, possono ottenere un design del percorso di corrente più razionale in uno spazio limitato, migliorando così l'efficienza e la stabilità complessiva del sistema. I moderni sistemi elettronici di potenza hanno requisiti sempre più elevati in termini di bassa induttanza, commutazione ad alta-velocità e gestione termica; pertanto, le sbarre collettrici laminate a bassa-induttanza sono diventate una scelta importante per le apparecchiature di conversione ad alte-prestazioni.

 

Strutturalmente, le sbarre collettrici laminate possono essere progettate come strutture a doppio-strato, triplo-strato o anche multi-strato per soddisfare requisiti applicativi specifici. Le sbarre collettrici laminate a tre-strati sono particolarmente utilizzate nei nuovi inverter di energia e nei sistemi PCS di accumulo di energia. Impilando strettamente gli elettrodi positivo e negativo, l'area del circuito viene effettivamente ridotta, consentendo ai campi magnetici di annullarsi a vicenda, riducendo così significativamente l'induttanza parassita. Rispetto ai tradizionali sistemi a sbarre in rame, l'induttanza può essere ridotta a circa un-decimo della soluzione originale, il che è fondamentale per il funzionamento stabile dei dispositivi SiC ad alta-frequenza e dei moduli IGBT.

 

Nei sistemi elettronici ad alta-potenza, i dispositivi di commutazione sono soggetti a picchi di tensione e interferenze EMI quando funzionano ad alta velocità. L'applicazione di sbarre laminate nei convertitori ad alta-potenza può mitigare efficacemente questo problema. A causa della distanza estremamente ridotta tra gli strati del conduttore, i campi magnetici generati dalle correnti del circuito possono annullarsi a vicenda, riducendo così il rumore irradiato e le perdite di commutazione. Questa caratteristica di bassa-induttanza non solo migliora l'affidabilità del sistema ma aiuta anche a ridurre le dimensioni dei filtri e dei dissipatori di calore, aumentando ulteriormente la densità di potenza dell'apparecchiatura.

 

Con l'applicazione su larga-scala dei dispositivi in ​​carburo di silicio, la domanda di busbar laminati personalizzati per IGBT e busbar laminati IGBT continua a crescere. I moduli IGBT hanno requisiti estremamente elevati per una distribuzione uniforme della corrente e connessioni a bassa-induttanza, mentre le strutture laminate possono ottimizzare i percorsi della corrente e ridurre i punti caldi locali. Per le topologie a tre-livelli, le sbarre collettrici laminate per inverter a tre-livelli possono migliorare efficacemente le fluttuazioni di tensione nel punto medio e migliorare la risposta dinamica del sistema, rendendoli preziosi negli inverter di nuova energia e nei convertitori di frequenza industriali.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Il settore dei nuovi veicoli energetici è uno dei settori-in più rapida crescita per la tecnologia delle sbarre collettrici laminate. Le sbarre laminate per auto elettriche sono ampiamente utilizzate nei sistemi di azionamento elettrico, nei pacchi batteria, negli OBC e nei moduli CC/CC. Rispetto ai tradizionali collegamenti del cablaggio, riducono lo spazio di installazione, migliorano la conduttività e riducono il peso complessivo del veicolo. Con le piattaforme ad alta-tensione che si stanno gradualmente spostando verso 800 V e tensioni ancora più elevate, le sbarre collettrici inverter ad alta tensione-antideflagranti devono affrontare requisiti più elevati in termini di prestazioni di isolamento, tensione di resistenza e stabilità termica; le strutture laminate soddisfano meglio queste complesse condizioni operative.

 

Nei settori dello stoccaggio e dell'alimentazione dell'energia (Uninterruptible Power Supply), sono ampiamente utilizzati anche i sistemi di sbarre e le strutture laminate. I sistemi UPS hanno requisiti estremamente elevati in termini di stabilità dell'alimentazione e prestazioni con basse-perdite. Le sbarre collettrici laminate possono ridurre l'aumento della temperatura del sistema, migliorare l'efficienza della trasmissione di energia e migliorare l'affidabilità operativa a lungo termine delle apparecchiature. Inoltre, nelle apparecchiature di comunicazione, le sbarre collettrici laminate per la distribuzione dell'energia delle telecomunicazioni e le sbarre collettrici laminate per i backplane dei router Internet stanno gradualmente sostituendo le tradizionali soluzioni di connessione via cavo per soddisfare i requisiti di spazio degli armadi ad alta-densità.

 

Anche il settore del trasporto ferroviario rappresenta un importante ambito di applicazione per le sbarre laminate. Le sbarre collettrici laminate e le sbarre composite per l'alimentazione dei treni, i moduli di potenza a quattro-quadranti sono ampiamente utilizzati nei sistemi di alimentazione per la trazione dei treni e i moduli convertitori a quattro-quadranti. Poiché i sistemi di trasporto ferroviario operano in condizioni di vibrazioni elevate, corrente elevata e ambienti elettromagnetici complessi, i requisiti di stabilità per il sistema di connessione sono estremamente elevati. Le sbarre laminate non solo migliorano la resistenza alle vibrazioni, ma riducono anche i rischi EMC del sistema e migliorano l'affidabilità complessiva dell'alimentatore.

 

Oltre ai settori industriale e delle nuove energie, le sbarre collettrici laminate vengono sempre più utilizzate anche in settori di fascia alta-come apparecchiature mediche, illuminazione scenica e data center. Ad esempio, le sbarre collettrici laminate per i dispositivi di test di imaging medicale soddisfano i requisiti di basso rumore e di elevata stabilità delle apparecchiature di imaging medicale; le sbarre collettrici laminate per la distribuzione dell'alimentazione con montaggio su rack-sono adatte per sistemi di alimentazione su rack di server ad alta-densità; e le sbarre collettrici laminate per l'assemblaggio di PDA (un sistema di illuminazione-in-di successo) stanno iniziando a essere utilizzate nei moduli di alimentazione ad alta-frequenza per le apparecchiature di illuminazione scenica.

 

Dal punto di vista della produzione, le sbarre collettrici laminate vengono generalmente prodotte utilizzando processi come la pressatura a caldo sotto vuoto, l'incollaggio della laminazione o lo stampaggio. I materiali isolanti utilizzano spesso materiali ad alto-isolamento come poliimmide, PET e resina epossidica per garantire resistenza alla tensione e stabilità termica durante il funzionamento a lungo-termine. Per layout spaziali complessi, le sbarre collettrici parzialmente laminate possono utilizzare una struttura laminata in aree localizzate, bilanciando la flessibilità di installazione con prestazioni a bassa induttanza, rendendole adatte a scenari speciali come le sbarre collettrici laminate per installazioni di sbarre collettrici complesse.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Durante il processo di progettazione, gli ingegneri in genere ottimizzano il progetto considerando la capacità di corrente, i requisiti di aumento della temperatura, la distanza di isolamento e le prestazioni EMC. Un layout dei conduttori ben-pianificato non solo riduce le perdite del sistema, ma migliora anche l'efficienza della dissipazione del calore. Poiché le sbarre laminate combinano conduttività e supporto strutturale, sono classificate come sbarre laminate, componenti elettronici passivi e svolgono un ruolo sempre più importante nei sistemi di alimentazione moderni e altamente integrati.

 

Complessivamente,sbarra laminatala tecnologia sta guidando lo sviluppo di dispositivi elettronici di potenza verso una maggiore densità di potenza, minori perdite e dimensioni più piccole. Con il continuo miglioramento delle nuove energie, dello stoccaggio dell'energia, del trasporto ferroviario e delle industrie manifatturiere-di fascia alta, le sbarre collettrici laminate svolgeranno un ruolo ancora più cruciale nei futuri sistemi di alimentazione ad alta-tensione, alta-frequenza e altamente integrati, diventando gradualmente un componente fondamentale per la moderna trasmissione e connessione elettrica.