Análise de tendências e aplicações em tecnologia de barramentos laminados: soluções de conexão de baixa-indutância para sistemas elétricos de alta-potência

 

Com o rápido desenvolvimento de sectores como os novos veículos energéticos (NEV), sistemas de armazenamento de energia, fontes de alimentação industriais e redes inteligentes, os equipamentos electrónicos de potência estão a evoluir para densidades de potência mais elevadas, classificações de tensão mais elevadas e estruturas mais compactas. Nesse contexto, as conexões de cabos tradicionais e as estruturas padrão de barramentos de cobre são cada vez mais incapazes de atender às demandas de aplicações que envolvem comutação de alta-velocidade, operação de alta-frequência e ambientes complexos de gerenciamento térmico.

 

Como um componente avançado de interconexão elétrica, o barramento laminado-formado pela laminação de múltiplas camadas de condutores e materiais isolantes em uma estrutura integrada-reduz efetivamente a indutância parasita no circuito de corrente e aumenta a velocidade de resposta do sistema e a estabilidade operacional. Atualmente, essa tecnologia é amplamente aplicada em sistemas de acionamento elétrico NEV, conversores de armazenamento de energia, inversores industriais, transporte ferroviário e sistemas de fornecimento de energia de alto-desempenho.

 

Em comparação com os métodos de conexão tradicionais, a principal vantagem dos barramentos laminados reside na otimização dos caminhos de transmissão de corrente. Ao empilhar firmemente condutores positivos e negativos (ou condutores com potenciais diferentes), a área do circuito de corrente é minimizada; isso permite que campos magnéticos gerados por correntes que fluem em direções opostas se cancelem, reduzindo assim a indutância parasita. Isso é particularmente crítico para sistemas que utilizam dispositivos de energia de alta{2}}velocidade, como IGBTs e MOSFETs de SiC, pois atenua efetivamente os picos de tensão durante a comutação e melhora a confiabilidade do equipamento.

 

No setor NEV, a atualização contínua de plataformas de alta-tensão requer componentes de interconexão elétrica para atender simultaneamente às demandas por alta capacidade de-transporte de corrente, design leve e otimização de espaço. Por exemplo, o barramento da unidade de distribuição de energia (PDU) em sistemas de baterias de alta-tensão deve lidar com distribuição de energia, conexões de proteção e condução confiável de corrente, exigindo mais das propriedades dos materiais e do projeto estrutural.

 

Olhando para o futuro, com o desenvolvimento de plataformas de 800 V e de tensão mais alta, os barramentos laminados desempenharão um papel cada vez mais importante em novos sistemas de trem de força de energia.
 

 

Os barramentos laminados normalmente consistem em camadas condutoras, camadas isolantes e camadas protetoras. Os condutores são feitos principalmente de cobre ou alumínio altamente condutivo, enquanto os materiais isolantes-como PET, PI ou resina epóxi-são selecionados com base nas classificações de tensão, ambientes térmicos e requisitos específicos da aplicação.

 

O processo de fabricação geralmente envolve estampagem de precisão, dobra, tratamento de superfície, laminação de isolamento e moldagem de laminação final. Ao controlar com precisão o espaçamento entre camadas e as dimensões estruturais, é possível obter baixa-indutância e transmissão de energia altamente confiável.

 

Em sistemas de fonte de alimentação comutada-de alta velocidade, a indutância afeta diretamente o desempenho dos componentes de energia. A indutância excessiva do circuito pode levar a picos de alta tensão durante transientes de comutação, comprometendo a operação segura dos componentes. Conseqüentemente, o projeto de baixa{3}indutância é uma especificação técnica crítica para barramentos laminados.

 

Para aplicações de inversores de alta-velocidade em automação industrial, barramentos laminados projetados para inversores de frequência variável (VFDs) otimizam o layout do condutor para reduzir o comprimento do circuito de corrente, aumentando assim a eficiência operacional do sistema de frequência variável.

 

Além de reduzir a indutância, os barramentos laminados oferecem as seguintes vantagens:

 

Primeiro, eles melhoram a utilização do espaço. Os chicotes elétricos tradicionais exigem um espaço de roteamento significativo, enquanto a estrutura laminada integra vários caminhos condutores em um espaço compacto, permitindo designs de equipamentos mais compactos.

 

Em segundo lugar, melhoram as capacidades de gestão térmica. Condutores de cobre de grande-superfície-reduzem a densidade de corrente localizada e o aumento de temperatura, melhorando a estabilidade operacional-de longo prazo.

 

Terceiro, aumentam a confiabilidade da montagem. A estrutura integrada minimiza o número de pontos de conexão, reduzindo o risco de falhas causadas por fatores como parafusos soltos ou oxidação dos contatos.

 

No campo da computação de alto-desempenho, os sistemas de energia devem suportar entrega de alta-velocidade e alta-corrente; assim, barramentos laminados projetados para placas de circuito ou backplanes de supercomputadores atendem aos requisitos de conexões de energia compactas e altamente confiáveis ​​em servidores e plataformas de computação.

 

 

 

Atualmente, a crescente demanda por barramentos laminados é impulsionada principalmente por setores como veículos de novas energias (NEVs), sistemas de armazenamento de energia, inversores industriais e data centers.

 

Conjuntos de baterias, controladores de motor e sistemas de distribuição de energia de alta-tensão em NEVs exigem estruturas de transmissão de energia estáveis ​​e confiáveis. Em comparação com as conexões de fio de cobre tradicionais, os barramentos laminados reduzem o peso e melhoram a utilização do espaço, ao mesmo tempo que garantem uma operação confiável sob condições- propensas a vibrações, típicas de ambientes de veículos.

 

Em sistemas de controle de motores, os barramentos do controlador do motor lidam com conexões de alta-corrente entre módulos de potência, exigindo baixa resistência, baixa indutância e excelente dissipação de calor. À medida que a potência dos NEVs aumenta, essas aplicações impõem demandas cada vez mais rigorosas ao projeto dos barramentos.

 

O crescimento da indústria de armazenamento de energia também impulsionou atualizações tecnológicas para barramentos laminados. Sistemas de-armazenamento de energia em grande escala-compreendendo clusters de baterias, módulos de conversão de energia e unidades de controle-exigem estruturas de distribuição de energia altamente confiáveis. A otimização do design laminado ajuda a reduzir as perdas do sistema e a melhorar a eficiência da conversão de energia.

 

No setor de infraestrutura de telecomunicações, as crescentes demandas de energia das estações base 5G e dos equipamentos de computação de ponta tornaram as estruturas de distribuição de energia de alta-densidade um foco principal. Barramentos laminados projetados para distribuição de energia em estações base celulares permitem layouts de energia mais estáveis ​​e compactos em equipamentos de telecomunicações.

 

Enquanto isso, os data centers estão estabelecendo novos requisitos para distribuição de energia com alta-potência-densidade. Dado o espaço limitado dentro dos racks de servidores, há necessidade de soluções de conexão de energia eficientes, seguras e confiáveis. Consequentemente,barramentos laminados para distribuição de energia-montada em rackestão se tornando cada vez mais um componente vital dos modernos sistemas de energia dos data centers.