Lamineeritud siinid Hajuinduktiivsuse optimeerimise juhend: kuidas vähendada pingepiike ja lülituskadusid SiC-inverterites

Jõuelektroonikasüsteemide üleminekul traditsioonilistelt räni IGBT-delt ränikarbiidi (SiC) seadmetele on järk-järgult esile kerkinud võtmeprobleem: SiC-seadmetel on ülikiire lülituskiirus, kuid süsteemi hajuv induktiivsus võib jõudlust tõsiselt takistada. Hajuinduktiivsusest põhjustatud pingetõusud ja kõrge sagedusega{1}}võnkumised ei ohusta mitte ainult seadme ohutust, vaid kahandavad oluliselt ka SiC jõudluse eeliseid. Kõrge-tihedusega lamineeritud siinid on selle kitsaskoha lahendamiseks peamised konstruktsioonilised lahendused. See artikkel selgitab, miks lamineeritud siinid võivad induktiivsust vähendada ja kuidas neid praktilistes rakendustes valida.

I. Kuigi SiC seadmed on kiiremad, muutub peamiseks takistuseks hajuv induktiivsus.

SiC MOSFET-id lülituvad rohkem kui kümme korda kiiremini kui räniseadmed, mille tulemuseks on suurem võimsustihedus ja tõhusus. Mündi teine ​​külg on aga see, et kiirem ümberlülitamine toob kaasa suurema voolu muutumise kiiruse (di/dt). Vastavalt valemile V=L × di/dt võib isegi vaid mõne nanohenri suurune hajuinduktiivsus tekitada seadmes sadade voltide suurusi pingetippe. Need piigid asetsevad siini pinge peal ja kui need ületavad seadme taluvuspinge piiri, lähevad nad katki ja põlevad läbi.

Veelgi problemaatilisem on see, et hajuv induktiivsus võib resoneerida ka SiC-seadmete väljundmahtuvusega, tekitades kõrge -sagedusega võnkumisi (helinat). See võnkumine suurendab lülituskadusid ja põhjustab seadme kuumenemise ning tekitab ka tõsiseid elektromagnetilisi häireid, mis ei lase süsteemil läbida EMC-sertifikaati. Ohutuse tagamiseks peavad insenerid sageli tegema kompromisse: kas valima kõrgema taluvuspingega moodulid (kasvavad kulud ja kaod) või suurendavad lülituskiiruse aeglustamiseks paisutakistust (raiskades otseselt SiC kõrge sageduse eelise). Kolmekihiliste lamineeritud siinide ilmumise eesmärk on kõrvaldada see probleem konstruktsiooni tasandil.

II. Miks vähendab suure võimsusega{1}}muunduri lamineeritud siinid induktiivsust?

Traditsioonilistel siinidel on kaks eraldi juhet, mille edasi- ja tagasivool on üksteisest kaugel. Nende tekitatud magnetväljad ei saa üksteist kustutada, mille tulemuseks on kõrge hajuinduktiivsus. Suure võimsusega-muunduri lamineeritud siini põhiidee on asetada päri- ja tagurpidi juhid kokku, muutes need üksteisele väga lähestikku. Voolu suunad on vastupidised ja ka magnetvälja suunad on vastupidised; kaks magnetvälja summutavad teineteist, vähendades hajuinduktiivsust ühele -kümnendikule või isegi väiksemale traditsioonilistest lahendustest.

Toodete klassifitseerimise seisukohast ei ole lamineeritud siinid tavalised juhtivad siinid, vaid täpselt kavandatud struktuuriga passiivsed jõukomponendid. Sõltuvalt kihtide arvust hõlmavad tavalised struktuurid kolme, nelja või isegi viit kihti. Mida rohkem kihte, seda kompaktsem on voolutee ja seda väiksem on induktiivsus. Inverteri peamise ühenduskomponendina määrab selle induktiivsuse väärtus otseselt kogu muunduri dünaamilise jõudluse ülempiiri.

III. Kuidas valida lamineeritud siiniribasid erinevate kasutusstsenaariumide jaoks?

Valiku põhiloogika on järgmine: kõigepealt arvestage pingetaset, seejärel vooluvõimsust ja lõpuks paigaldusruumi.

Uued energiasõidukid on praegu kõige kiiremini{0}}kasvav kasutusala lambiga siinide jaoks. Elektriautode lamineeritud siinid peavad kandma sadu ampreid voolu väga väikeses ruumis, täites samal ajal mootorsõidukite vibratsiooni- ja temperatuuritsükli nõudeid. Tavaliselt kasutavad nad madala induktiivsuse ja suure töökindluse tasakaalustamiseks mitmekihilisi komposiitstruktuure.

Raudteetransiidisektoril on ülikõrged ohutusnõuded. Metroo lambiiniga siinid peavad vastama rangetele plahvatus---, tule--- ja korrosioonikindla-kaitsestandarditele, kontrollides samal ajal elektromagnetilisi häireid maa-aluste tunnelite suletud keskkonnas. Seetõttu valitakse sageli kaitsva disainiga tooted, nagu kõrgepinge plahvatuskindlad{5}}inverteri siinid.

Keeruliste topoloogiate (nt kolme-tasandi muundurite puhul) peavad kolme-tasemega inverterite lambineeritud siinid integreerima mitu positiivset ja negatiivset siini ühte siini, mille tulemuseks on suurem struktuurne keerukus ja rangemad nõuded kihtidevahelise isolatsiooni ja joondamise täpsusele. Lamineeritud siinid keerukate siinipaigaldiste jaoks on mõeldud tööstuslike sagedusmuundurite, energiasalvestussüsteemide ja muude rakenduste jaoks ning toetavad kohandatud mitmeharulisi konstruktsioone.