Wie lassen sich Kosten, Streuinduktivität und Spannungsfestigkeit in laminierten Sammelschienen ausgleichen? Ein Leitfaden zur technischen Auswahl

Bei der Auswahl laminierter Sammelschienen sollte man sich nicht nur auf den niedrigsten Preis, die minimale Streuinduktivität oder die höchste Nennspannung konzentrieren; Stattdessen muss eine geeignete Struktur unter Berücksichtigung der Betriebsspannung, des Stroms, der Schaltfrequenz, des Installationsraums und der Isolationsanforderungen des Systems ermittelt werden. Für IGBT-Wechselrichter, Energiespeicher-PCS-Einheiten und leistungsstarke Leistungselektronikgeräte gleicht eine gut-laminierte Sammelschiene die Notwendigkeit aus, elektrische Leistungsspezifikationen zu erfüllen und gleichzeitig die Material- und Herstellungskosten zu kontrollieren.

 

 

Zunächst sollten die Querschnittsfläche und die Dicke des Leiters auf der Grundlage des Dauerstroms, des Spitzenstroms und des zulässigen Temperaturanstiegs bestimmt werden. Während die Vergrößerung der Querschnittsfläche eine gängige Methode zur Verbesserung der Strombelastbarkeit laminierter Kupfersammelschienen ist, ist eine einfache Erhöhung der Dicke nicht immer optimal. Ein übermäßiger Materialverbrauch erhöht das Gewicht und die Kosten und erschwert gleichzeitig die Herstellung. Daher muss die Konstruktion an die tatsächlichen Belastungsanforderungen angepasst werden.

 

Bei Hochgeschwindigkeitsschaltgeräten wie IGBTs und SiC-Komponenten wirkt sich die Stromschleifenfläche direkt auf die Streuinduktivität aus. Laminierte Sammelschienen für IGBT-basierte Motorantriebe minimieren schleifenparasitäre Parameter, indem sie den Strompfad zwischen positiven und negativen Anschlüssen verkürzen und den Zwischenschichtabstand optimieren, wodurch Spannungsspitzen und EMI-Probleme beim Hochgeschwindigkeitsschalten reduziert werden.

 

Anforderungen an die Spannungsfestigkeit bestimmen die Isolationsstruktur. Isolationslösungen-wie lackierte isolierte Sammelschienen (VIB)-müssen auf der Grundlage von Faktoren wie Nennspannung, Isolationsdicke, Kriechstrecke, elektrischer Luftstrecke und Betriebstemperatur ausgewählt werden. Bei Hochspannungsanwendungen umfasst der Ansatz mehr als nur die Erhöhung der Isolationsdicke; Man muss auch die Gesamtstrukturabmessungen und die tatsächliche Installationsumgebung berücksichtigen.

 

 

Bei der tatsächlichen Beschaffung empfiehlt es sich, bei der Gestaltung auf dem Grundsatz „Erfüllung von Spezifikationen statt Streben nach maximalen Parametern“ zu basieren. Bei der Konstruktion laminierter Stromschienen müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden:

 

• Kosten-Priorität:Nutzen Sie eine Standardanzahl von Schichten und geeignete Leiterdicken, die den Strom- und Spannungsfestigkeitsanforderungen entsprechen, und minimieren Sie so unnötigen Materialverbrauch und Verarbeitungsschritte.

 

• Priorität der niedrigen-Induktivität:Minimieren Sie den Abstand zwischen Plus- und Minuspol und reduzieren Sie die Stromschleifenfläche. Dieser Ansatz eignet sich für Hochgeschwindigkeits-IGBT- und SiC-Leistungsmodule.

 

• Spannung-Widerstandspriorität:Wählen Sie Isoliermaterialien und -stärken basierend auf der Systemspannung aus und achten Sie dabei streng auf Kriechstrecken und elektrische Abstände.

 

• Speicherplatz-Priorität:Verwenden Sie bei kompakten Geräten eine mehrschichtige Struktur, um eine Stromverteilung auf begrenztem Installationsraum zu erreichen.

 

Daher ist das optimale Design für laminierte Stromschienen, die IGBTs und Kondensatorbänke verbinden, nicht unbedingt dasjenige mit dem niedrigsten Preis oder der höchsten Leistung; Vielmehr ist es die Lösung, die unnötige Materialien und Herstellungsprozesse minimiert und gleichzeitig die Anforderungen an Strom, Streuinduktivität und Isolierung erfüllt.

 

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Materialien machen einen erheblichen Teil der Kosten aus. Während Kupferschienen für alternative Energieanwendungen eine hohe elektrische Leitfähigkeit bieten, können andere Leitermaterialien auf der Grundlage aktueller und struktureller Anforderungen für Anwendungen bewertet werden, bei denen Gewicht und Kosten entscheidende Faktoren sind.

 

Die Leiterdicke wirkt sich auch direkt auf den Materialverbrauch und die Verarbeitungskosten aus. Bei laminierten Sammelschienen, die mit Hochstrom-IGBT-Leiterplatten verwendet werden, sollte die Dicke auf der Grundlage des tatsächlichen Stroms, des Temperaturanstiegs und der Beschränkungen des Installationsraums bestimmt werden, anstatt einfach nur die Querschnittsfläche zu erhöhen.

 

Isoliermaterialien beeinflussen auch Produktkosten und -abmessungen. Anwendungen wie laminierte Sammelschienen für DC-Unterstützungskondensatoren (unter Verwendung von Polypropylenfolien-Dielektrika) erfordern die Auswahl geeigneter Isolationsschemata auf der Grundlage von Spannungswerten, Temperaturanforderungen und Zwischenschichtstrukturen, um eine übermäßige Konstruktion zu vermeiden.

 

Herstellungsprozesse bestimmen die Kosten für die Herstellung komplexer Strukturen. Laminierte Stromschienen für PV-Wechselrichter können mehrere Schritte umfassen-wie Stanzen, CNC-Bearbeitung, Schweißen und Laminieren; Daher trägt die Minimierung unnötiger Löcher, Biegungen und Schweißverbindungen während der Entwurfsphase dazu bei, die Herstellungskosten zu senken und die Chargenkonsistenz zu verbessern.

 

 

Bei der Beschaffung von Sammelschienen für die Leistungselektronik sollten Beschaffungsexperten über bloße Stückpreisangebote hinausblicken und prüfen, ob der Lieferant an frühen technischen Beurteilungen teilnehmen kann. Hersteller mit DFM-Funktionen (Design for Manufacturability) können Struktur- und Fertigungsprobleme frühzeitig erkennen, indem sie 2D-/3D-Zeichnungen, Strom- und Spannungsspezifikationen sowie Einschränkungen des Installationsraums analysieren.

 

Die Fertigungskapazitäten wirken sich auch direkt auf die endgültigen Lieferergebnisse aus. Die Herstellung laminierter Stromschienen für Motorantriebe und Leistungselektronik umfasst typischerweise Prozesse wie Präzisionsstanzen, CNC-Bearbeitung, Isolationslaminierung sowie Laser- oder Widerstandsschweißen; Die Produktionsausrüstung und die Prozesskontrollfähigkeiten eines Lieferanten sind entscheidende Faktoren für die Produktkonsistenz.

 

Qualitätsmanagementprotokolle sollten Materialien, Abmessungen, elektrische Leistung und Chargenrückverfolgbarkeit umfassen. Bei laminierten Sammelschienen, die in Leistungskondensator-Gleichstromverbindungen verwendet werden, gehören zu den wichtigsten Bereichen, die bei der Beschaffung überprüft werden müssen, die Materialinspektion, Maßprüfungen, Isolationsspannungsprüfungen, Schweißnahtprüfungen und die Einhaltung von Qualitätsmanagementnormen wie ISO 9001 und IATF 16949.

 

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Schritt 1 -Strom ermitteln
Definieren Sie Dauerstrom, Spitzenstrom und zulässigen Temperaturanstieg.

 

Schritt 2 -Spannung ermitteln
Definieren Sie die Anforderungen an Nennspannung, Isolationsklasse und Spannungsfestigkeit.

 

Schritt 3 -Bestimmen Sie die Induktivitätsanforderungen
Beurteilen Sie anhand der IGBT/SiC-Schaltfrequenz, ob eine Struktur mit niedriger -Induktivität erforderlich ist.

 

Schritt 4 -Struktur optimieren
Bestimmen Sie die Leiterdicke, die Anzahl der Schichten, den Abstand zwischen den Schichten, die Platzierung der Anschlüsse und die Montagemethode.

 

Schritt 5 -Berechnen Sie die Herstellungskosten
Bewerten Sie die Kostenauswirkungen von Materialien, Stanzen, Schweißen, Isolierung und CNC-Bearbeitung.

 

Schritt 6 -Probenvalidierung
Überprüfen Sie das Design durch Dimensions-, Isolations-, Elektro- und Temperaturanstiegstests, bevor Sie mit der Massenproduktion fortfahren.

 

Für industrielle Leistungselektronikanwendungen-wie zLaminierte Sammelschienen-Mit diesem Auswahlansatz können technische Anforderungen und Beschaffungskosten frühzeitig in der Produktentwicklungsphase aufeinander abgestimmt werden, wodurch die Notwendigkeit späterer Werkzeugmodifikationen und struktureller Änderungen minimiert wird.

 

 

Wenn Sie IGBT-Wechselrichter, Energiespeicher-PCS oder andere leistungsstarke Leistungselektronikgeräte entwickeln, können Sie Produktzeichnungen zusammen mit Spezifikationen für Spannung, Strom und Installationsraum bereitstellen. Unser Ingenieurteam bewertet dann die laminierte Struktur, die Materialien und die Fertigungslösungen auf der Grundlage dieser tatsächlichen Parameter.