Vodič za projektiranje laminiranih sabirnica: Smanjenje zalutalog induktiviteta u pretvaračima-snage

Laminirane sabirnice smanjuju induktivitet sklopne petlje pretvarača integracijom pozitivnih i negativnih vodiča u kompaktnu slojevitu strukturu s kontroliranim dielektričnim razmakom. Za SiC i IGBT module napajanja, ispravno konstruirana laminirana sabirnica može postići induktivitet lutanja ispod 10nH, smanjujući prekoračenje napona tijekom visoko-frekventnog prebacivanja.

 

Xiamen Apollo Technology proizvodi laminirane sabirnice po narudžbi koristeći C1100 čisti bakar, precizno utiskivanje, zavarivanje molekularnom difuzijom i više{1}}slojne postupke vrućeg prešanja. Električna izvedba potvrđena je CMM inspekcijom, ispitivanjem otpornosti na dielektrik i dokumentacijom PPAP razine 3 za automobile i aplikacije za pohranu energije.

 

 

 

Moderni EV inverteri za vuču i ESS sustavi za pretvorbu energije sve više prihvaćaju SiC MOSFET i IGBT module velike{0}}brzine. Ovi uređaji se prebacuju na višim frekvencijama s kraćim vremenima porasta, čineći parazitski induktivitet unutar strukture istosmjerne veze izravnim faktorom koji utječe na skokove napona i pouzdanost poluvodiča.

 

Odnos između lutajućeg induktiviteta i prekoračenja sklopnog napona je sljedeći:

ΔV=L × di/dt

Gdje:

ΔV=prekoračenje napona

L=lutajući induktivitet strujne petlje

di/dt=trenutna brzina prebacivanja

Za pretvarač od 800 V EV koji radi sa SiC modulima:

 

Parametar	Konvencionalna sabirnica	Dizajn laminirane sabirnice
Induktivitet istosmjernog međukruga	50-150nH	<10nH
Razmak vodiča	5-15 mm	0,1-1 mm dielektrični sloj
Trenutni put	Odvojite pozitivne/negativne trake	Paralelna laminirana struktura
Otkazivanje magnetskog polja	ograničeno	Optimizirano
Prekoračenje sklopnog napona	viši	Smanjeno

 

Laminirana struktura postavlja pozitivne i negativne vodiče u blizini. Suprotni smjerovi struje stvaraju suprotna magnetska polja, smanjujući vanjski magnetski tok i smanjujući induktivitet petlje.

 

1.1 Princip poništavanja magnetskog polja s optimizacijom sloja bakra

Dizajn laminirane sabirnice ovisi o:

Izbor debljine bakra

Raspored slojeva

Debljina dielektrika

Položaj terminala

Simetrija raspodjele struje

 

Tipični parametri laminirane sabirnice pretvarača EV:

Bakreni materijal: C1100 elektrolitski čvrsti smolni bakar

Vodljivost: veća ili jednaka 99% IACS

Debljina bakra: 0,5mm-5mm

Tolerancija ravnosti: Manje od ili jednako 0,05 mm

Tolerancija položaja priključka: ±0,1 mm

Površinska obrada: niklanje/kositrenje

Nejednaka geometrija vodiča stvara lokaliziranu koncentraciju struje, povećavajući otpor i elektromagnetske smetnje.

 

 

 

Materijal vodiča izravno određuje sposobnost-provodljivosti struje, toplinske performanse i dugoročnu-pouzdanost.

 

Za EV inverter i ESS aplikacije, čisti bakar je poželjan zbog svoje veće električne vodljivosti i nižeg Jouleovog zagrijavanja.

 

Vlasništvo materijala	C1100 čisti bakar	C2680 mesing
Sadržaj bakra	Veći ili jednak 99,90%	60-65%
Provodljivost	Veći ili jednak 99% IACS	26-30% IACS
Otpornost	0,0172 Ω·mm²/m	viši
Toplinska vodljivost	~390 W/m·K	~120 W/m·K
Tipična primjena	Sabirnica snage, međukrug invertera	Mehaničke stezaljke, konektori
Nosivost struje	visoko	srednje

 

C1100 bakar je odabran za:

Sabirnice akumulatora za EV

Sklopovi istosmjernog međukružnog pretvarača SiC

PCS priključci za pohranu energije

Moduli za napajanje gomile

Mjed C2680 se uglavnom koristi tamo gdje su mehanička čvrstoća i izvedba oblikovanja prioritet.

 

2.1 Precizno žigosanje i kontrola oblikovanja prema zahtjevima IATF 16949

Visok{0}}lamelirane sabirnice često zahtijevaju složenu geometriju terminala, uključujući:

savijanje od 90 stupnjeva
Rupe za terminale
Utori za pozicioniranje
Pritisnite-strukture
U -točkama za zakivanje

 

Parametri proizvodnje:

Tolerancija progresivnog utiskivanja: ±0,01 mm
Kontrola visine srha: Manje od ili jednako 10% debljine materijala
Praćenje vijeka trajanja alata: Više od ili jednako 500 000 ciklusa štancanja
CMM dimenzionalna inspekcija: 100% za kritične dimenzije

In-zakivanje integrira mehaničko pričvršćivanje u proces utiskivanja, smanjujući varijacije sklopa i poboljšavajući dosljednost proizvodnje.

 

Zatražite besplatnu DFM procjenu i ponudu

 

 

Dielektrični sloj određuje pouzdanost izolacije, toplinsku izdržljivost i mehaničku stabilnost lameliranih sabirnica.

 

Visoko{0}}inverterska sabirnica mora održavati izolacijsku izvedbu pod:

Toplinski ciklus

Prekidanje visokog napona

Mehaničke vibracije

Izloženost vlazi

Uobičajeni izolacijski materijali:

 

Izolacijski materijal	Temperaturna ocjena	Dielektrična čvrstoća	Tipična primjena
Kapton poliimidni film	269 ​​stupnjeva do 400 stupnjeva	>200kV/mm	Zone visoke temperature invertera SiC
PET folija	-40 stupnjeva do 150 stupnjeva	150-250kV/mm	Standardni EV moduli napajanja
Nomex papir	Do 220 stupnjeva	Visoka toplinska otpornost	ESS i industrijski elektroenergetski sustavi

 

3.1 Premaz epoksidnim prahom u odnosu na filmsku izolaciju za laminirane sabirnice

 

Parametar	Premaz epoksidnim prahom	Poliimidna/PET folija
Debljina premaza	100-500μm	25-125μm
Dielektrična čvrstoća	>15kV/mm	>150kV/mm
Otpornost na temperaturu	120-180 stupnjeva	150-400 stupnjeva
Kontrola debljine	srednje	visoko
Primjena	Složeni 3D dijelovi	Precizne laminirane strukture

 

Za EV inverter laminirane sabirnice, izolacija tankog filma osigurava manji dielektrični razmak, poboljšavajući elektromagnetsku izvedbu.

 

Potrebne kontrole kvalitete:

Mjerenje debljine izolacije

Ispitivanje otpornosti na visoki napon

Ispitivanje djelomičnog pražnjenja

Ispitivanje prianjanja

Ispitivanje toplinskog starenja

 

Tipični standardi validacije:

IEC 60664 koordinacija izolacije

UL 94 V-0 ocjena plamena

ISO 16750 ispitivanje automobilskog okoliša

 

 

 

Više-slojne laminirane sabirnice zahtijevaju kontrolirano toplinsko spajanje između bakrenih vodiča i izolacijskih materijala.

 

Redoslijed proizvodnje uključuje:

Rezanje i štancanje bakrenog lima

Skidanje ivica i čišćenje površine

Obrada oplata

Postavljanje izolacijske folije

Vakuumsko vruće prešanje

Strojna obrada terminala

Električni pregled

 

4.1 Parametri procesa vrućeg prešanja za proizvodnju automobila

Tipični proizvodni parametri:

 

Parametar procesa	Raspon kontrole
Temperatura tiska	150-220 stupnjeva
Pritisnite pritisak	2-8 MPa
Tolerancija poravnanja slojeva	±0,1 mm
Ravnost	Manje od ili jednako 0,05 mm
Snaga lijepljenja	Prema specifikaciji materijala
Validacija proizvodnje	PPAP razina 3

 

Loša kontrola laminacije može uzrokovati:

Stvaranje zračnih šupljina

Točke djelomičnog pražnjenja

Proboj izolacije

Pomicanje slojeva

Vakuumsko vruće prešanje uklanja zarobljen zrak između bakrenih i dielektričnih slojeva, poboljšavajući dugoročnu-električnu pouzdanost.

 

 

Visoko{0}}strujni terminali zahtijevaju spojeve niskog-otpora koji mogu podnijeti ponovljene toplinske cikluse.

Uobičajene metode spajanja uključuju lasersko zavarivanje i otporno lemljenje srebrom.

 

Metoda zavarivanja	Lasersko zavarivanje Cu-Al	Otporno lemljenje srebrom
Zona-zahvaćena toplinom	Mali	Veći
Čvrstoća zglobova	visoko	visoko
Električni otpor	Niska	Vrlo nisko
Brzina proizvodnje	visoko	srednje
Prikladni materijali	Kombinacije bakar, aluminij	Bakreni terminali
Primjena u automobilskoj industriji	Baterijski moduli, inverterski terminali	Kontaktni sklopovi-jake struje

 

Za bakrene{0}}aluminijske spojeve:

Parametri laserskog zavarivanja moraju kontrolirati poroznost

Gustoća energije snopa zahtijeva optimizaciju

Potrebna je-provjera presjeka

 

Za lemljenje srebrom:

Izbor legure za lemljenje utječe na vodljivost

Razmak spojeva mora biti kontroliran

Kvaliteta metalurškog lijepljenja zahtijeva mikroskopski pregled

 

Provjera kvalitete uključuje:

Analiza presjeka-zavara

Ispitivanje vlačne čvrstoće

Mjerenje električnog otpora

Validacija toplinskog ciklusa

 

 

 

Automobilske laminirane sabirnice zahtijevaju kontrolirane proizvodne procese od validacije prototipa do masovne proizvodnje.

Xiamen Apollo primjenjuje:

 

6.1 Provjera dimenzija prema zahtjevima tolerancije od ±0,01 mm

 

Oprema za inspekciju:

CMM koordinatni mjerni stroj

Optički mjerni sustav

Mjerač debljine

Ispitivač hrapavosti površine

 

Kritične dimenzije:

Položaj otvora terminala

Poravnanje bakrenog sloja

Izolacijski razmak

Sučelje za montažu

 

6.2 Ispitivanje elektrike i pouzdanosti

 

Sposobnost testiranja uključuje:

 

Ispitni predmet	Standard / Zahtjev
Ispitivanje otpornosti na dielektrik	>Mogućnost izolacije od 15kV/mm
Ispitivanje istosmjerne otpornosti	Mjerenje razine mikro{0}}oma
Toplinski ciklus	ISO 16750
Slani sprej	ISO 9227
Ispitivanje tlakom pucanja	Za integrirane rashladne strukture
PPAP dokumentacija	Razina 3

 

Paket kvalitete uključuje:

Dijagram toka procesa

PFMEA

Plan kontrole

MSA

SPC podaci

Certifikati materijala

 

 

Inverterske laminirane sabirnice velike- snage zahtijevaju istodobnu kontrolu električnih, toplinskih, mehaničkih i proizvodnih parametara. Struktura niske induktivnosti ispod 10nH ovisi o simetriji vodiča, kontroli debljine dielektrika, odabiru bakrenog materijala i preciznim postupcima laminiranja.

 

Za EV, ESS i fotonaponske sustave za pretvorbu energije nudi Xiamen Apolloprilagođena laminirana sabirnicaproizvodnja od DFM analize, razvoja alata, štancanja, zavarivanja, laminiranja izolacije, inspekcije i isporuke PPAP razine 3.

 

 

1. Koje je tipično vrijeme isporuke PPAP razine 3 za prilagođene laminirane sabirnice?

Isporuka PPAP razine 3 obično zahtijeva 4-8 tjedana nakon odobrenja alata, uključujući provjeru dimenzija, provjeru materijala i proizvodnu dokumentaciju.

 

2. Mogu li proizvođači laminiranih sabirnica jamčiti vijek trajanja kalupa za automobilsku proizvodnju?

Da. Progresivni kalupi za utiskivanje nadziru se planovima preventivnog održavanja i obično su dizajnirani za više od 500.000 ciklusa utiskivanja.

 

3. Kako se ispituje debljina izolacije na lameliranim sabirnicama?

Debljina izolacije provjerava se mjerenjem debljine, ispitivanjem otpornosti na dielektrik i validacijom električne izolacije prema IEC standardima.