Tecnologias-chave para melhoria da densidade de potência: análise do conhecimento da indústria de barramentos laminados

Com o rápido desenvolvimento de novos veículos de energia, sistemas de armazenamento de energia, conversores industriais e equipamentos eletrônicos de potência de alta-frequência, as estruturas tradicionais de barramentos de cobre não conseguem mais atender às demandas por alta densidade de potência, miniaturização e baixas perdas. Neste contexto, os barramentos laminados tornaram-se gradualmente um componente importante dos modernos sistemas de conexão de energia. Como uma solução de conexão condutiva integrada, ela atinge baixa indutância parasita, alta capacidade de transporte de corrente e excelente compatibilidade eletromagnética por meio da laminação composta de vários condutores e materiais isolantes, e é amplamente utilizada em cenários de alta-frequência, alta-tensão e alta-energia.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Os barramentos laminados são essencialmente barras de conexão de estrutura composta multi-camadas, normalmente formadas por camadas alternadas de condutores de cobre ou alumínio e meios isolantes. Em comparação com as tradicionais estruturas discretas de barramentos de cobre, elas podem alcançar um projeto de caminho de corrente mais racional dentro de um espaço limitado, melhorando assim a eficiência e estabilidade geral do sistema. Os sistemas eletrônicos de potência modernos têm requisitos cada vez mais elevados de baixa indutância, comutação de alta{3}}velocidade e gerenciamento térmico; portanto, barramentos laminados de baixa{4}indutância tornaram-se uma escolha importante para equipamentos conversores de alto-desempenho.

 

Estruturalmente, os barramentos laminados podem ser projetados como estruturas de dupla-camada, tripla-camada ou até mesmo multi{2}}camadas para atender a requisitos específicos da aplicação. Barramentos laminados de três camadas são amplamente utilizados em novos inversores de energia e sistemas PCS de armazenamento de energia. Ao empilhar firmemente os eletrodos positivos e negativos, a área do loop é efetivamente reduzida, permitindo que os campos magnéticos se cancelem, reduzindo significativamente a indutância parasita. Em comparação com sistemas de barramento de cobre tradicionais, a indutância pode ser reduzida para cerca de um{7}}décimo da solução original, o que é crucial para a operação estável de dispositivos SiC de alta-frequência e módulos IGBT.

 

Em sistemas eletrônicos-de alta potência, os dispositivos de comutação estão sujeitos a picos de tensão e interferência EMI quando operam em altas velocidades. A aplicação de barramentos laminados em conversores de alta-potência pode efetivamente mitigar esse problema. Devido à distância extremamente pequena entre as camadas condutoras, os campos magnéticos gerados pelas correntes de loop podem cancelar-se mutuamente, reduzindo assim o ruído irradiado e as perdas de comutação. Essa característica de baixa-indutância não apenas melhora a confiabilidade do sistema, mas também ajuda a reduzir o tamanho dos filtros e dissipadores de calor, aumentando ainda mais a densidade de potência do equipamento.

 

Com a aplicação em-grande escala de dispositivos de carboneto de silício, a demanda por barramentos laminados personalizados para IGBTs e barramentos laminados IGBT continua a crescer. Os módulos IGBT têm requisitos extremamente altos para distribuição uniforme de corrente e conexões de baixa{2}}indutância, e estruturas laminadas podem otimizar caminhos de corrente e reduzir pontos de acesso locais. Para topologias de três{4}}níveis, os barramentos laminados para inversores de três{5}}níveis podem efetivamente melhorar as flutuações de tensão do ponto médio e melhorar a resposta dinâmica do sistema, tornando-os valiosos em novos inversores de energia e conversores de frequência industriais.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A indústria de veículos de nova energia é um dos setores-de crescimento mais rápido em tecnologia de barramentos laminados. Barramentos laminados para carros elétricos são amplamente utilizados em sistemas de acionamento elétrico, baterias, OBCs e módulos DC/DC. Em comparação com as conexões tradicionais de chicotes elétricos, elas reduzem o espaço de instalação, melhoram a condutividade e reduzem o peso geral do veículo. Com plataformas de alta-tensão avançando gradualmente para 800 V e tensões ainda mais altas, os barramentos inversores à prova de explosão-de alta tensão enfrentam requisitos mais elevados de desempenho de isolamento, tensão suportável e estabilidade térmica; estruturas laminadas atendem melhor a essas condições operacionais complexas.

 

Nas áreas de armazenamento e fornecimento de energia (Fonte de Alimentação Ininterrupta), Barramentos de Sistema e estruturas laminadas também são amplamente utilizados. Os sistemas UPS têm requisitos extremamente altos para estabilidade da fonte de alimentação e desempenho-de baixas perdas. Barramentos laminados podem reduzir o aumento da temperatura do sistema, melhorar a eficiência da transmissão de energia e aumentar a confiabilidade operacional-do equipamento a longo prazo. Além disso, em equipamentos de comunicação, barramentos laminados para distribuição de energia de telecomunicações e barramentos laminados para backplanes de roteadores de Internet estão substituindo gradualmente as soluções tradicionais de conexão de cabos para atender aos requisitos de espaço de gabinetes de alta-densidade.

 

O setor de transporte ferroviário também é uma importante área de aplicação para barramentos laminados. Barramentos laminados de metrô e barramentos compostos para fornecimento de energia de trens, módulos de potência de quatro{1}} quadrantes são amplamente utilizados em sistemas de fornecimento de energia de tração de trens e módulos conversores de quatro{2}}quadrantes. Como os sistemas de trânsito ferroviário operam sob alta vibração, alta corrente e ambientes eletromagnéticos complexos, os requisitos de estabilidade para o sistema de conexão são extremamente elevados. Os barramentos laminados não apenas melhoram a resistência à vibração, mas também reduzem os riscos de EMC do sistema e melhoram a confiabilidade geral da fonte de alimentação.

 

Além dos campos industriais e de novas energias, os barramentos laminados também estão sendo cada vez mais usados ​​em campos-de alta tecnologia, como equipamentos médicos, iluminação de palco e data centers. Por exemplo, barramentos laminados para dispositivos de teste de imagens médicas atendem aos requisitos de baixo ruído e alta estabilidade dos equipamentos de imagens médicas; barramentos laminados para distribuição de energia-montada em rack são adequados para sistemas de fonte de alimentação em rack de servidores de alta-densidade; e barramentos laminados para montagem de PDAs (um sucesso-no-sistema de iluminação cênica) estão começando a ser usados ​​em módulos de fonte de alimentação-de alta frequência para equipamentos de iluminação cênica.

 

Do ponto de vista da fabricação, os barramentos laminados são normalmente fabricados usando processos como prensagem a quente a vácuo, ligação por laminação ou moldagem. Os materiais de isolamento geralmente usam materiais de alto-isolamento, como poliimida, PET e resina epóxi, para garantir resistência à tensão e estabilidade térmica durante operação-de longo prazo. Para layouts espaciais complexos, os barramentos parcialmente laminados podem utilizar uma estrutura laminada em áreas localizadas, equilibrando a flexibilidade de instalação com o desempenho de baixa indutância, tornando-os adequados para cenários especiais, como barramentos laminados para instalações de barramentos complexos.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Durante o processo de projeto, os engenheiros normalmente otimizam o projeto considerando a capacidade atual, os requisitos de aumento de temperatura, a distância de isolamento e o desempenho EMC. Um layout de condutor bem-planejado não apenas reduz as perdas do sistema, mas também melhora a eficiência da dissipação de calor. Como os barramentos laminados combinam condutividade e suporte estrutural, eles são classificados como barramentos laminados, componentes eletrônicos passivos e desempenham um papel cada vez mais importante em sistemas de energia modernos e altamente integrados.

 

Geral,barramento laminadoa tecnologia está impulsionando o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de potência em direção a maior densidade de potência, menores perdas e menor tamanho. Com a atualização contínua de novas indústrias de energia, armazenamento de energia, transporte ferroviário e indústrias-de manufatura de ponta, os barramentos laminados desempenharão um papel ainda mais crucial nos futuros sistemas de energia de alta-tensão, alta{3}}frequência e altamente integrados, tornando-se gradualmente um componente fundamental para a transmissão e conexão de energia modernas.