Пребацивање СиЦ инвертера на 10–100 кХз: Зашто су важни паразити сабирница

СиЦ инверторска сабирница није само проводник са малим{0}}отпором. Током -прекидања високе фреквенције, сабирница чини део комутационе петље, а њена паразитна индуктивност директно доприноси прекорачењу напона према В=Л × ди/дт. За ЕВ вучне инверторе, практичан циљ дизајна је често одржавање путање високе{5}}комутације испод 10 нХ, уз одржавање контролисаног пузања, клиренса, пораста температуре и механичке толеранције.

 

За прилагођени склоп сабирнице СиЦ инвертера, електрични, термички и механички дизајн се стога морају развити као једна структура: избор бакра Ц1100, ламинирана геометрија, диелектрична изолација, ласерско или отпорно заваривање, ДЦ-интеграција кондензатора везе и тренутно{2}}позиционирање сензора струје све утичу на коначне перформансе склопне петље{3}.
 

 

 

СиЦ МОСФЕТ-ови могу се пребацивати знатно брже од конвенционалних силицијумских ИГБТ-ова. Резултирајући високи ди/дт излаже паразитску индуктивност која је можда имала ограничен утицај на степене снаге ниже -фреквенције.

 

Индуковани напон се може изразити као:

 

Вₗ=Лₚ × ди/дт

где:

Вₗ=паразитски индуктивни напон
Лₚ=индуктивност паразитне петље
ди/дт=тренутна брзина раста

 

На пример, ако комутациона петља има 20 нХ паразитске индуктивности и струју се мења при 2 кА/µс, допринос индуктивног напона је приближно 40 В.

 

Смањење површине физичке петље и супротних магнетних поља унутар скупа сабирница могу стога смањити преклапање без повећања напона полупроводника.

 

 

Ц1100/Ц11000 бакар без кисеоника-или електролитички отпоран-бакар нашироко се користи за конструкцију сабирница велике{4}}е струје због своје високе електричне проводљивости и способности формирања.

 

Материјал	Типична проводљивост	Главна предност	Типична примена сабирница
Ц1100 Бакар	~97–100% ИАЦС	Низак ДЦ отпор	ДЦ-Линк и струјна путања претварача
Ц1020 Бакар{1}без кисеоника	~100% ИАЦС	Висока проводљивост, низак садржај кисеоника	Електрична{0}}електроника велике струје
Ц2680 Месинг	~25–30% ИАКС	Већа чврстоћа, могућност обликовања	Терминали, носачи, хардвер
Алуминијум 6061	~40% ИАЦС	Мала густина, структурна чврстоћа	Проводници{0}}осетљиви на тежину

 

За -СиЦ инвертор велике струје, бакар Ц1100 се обично бира за примарни струјни пут, док се месинг или позлаћени челик могу користити за механичке монтажне компоненте где је електрична проводљивост секундарна.

 

Дебљина бакра се не бира само из тренутне вредности. Дизајн мора узети у обзир:

РМС струја
импулсна струја
радни циклус
дозвољено повећање температуре
температура околине
интерфејс за хлађење
ширина и дебљина проводника
ефекат близине
отпор зглобова
дебљина оплате

 

 

Ламинирана сабирница садржи више проводних слојева раздвојених диелектричним материјалом. Димензионалне варијације у сваком слоју бакра акумулирају се на монтажним рупама, терминалним интерфејсима и тачкама повезивања кондензатора.

 

За прецизне компоненте, контрола димензија се може успоставити кроз:

Прогресивно штанцање
ЦНЦ секундарна обрада
У-закивање
Ковање
Прецизно савијање
Ласерско обрезивање
ЦММ инспекција

У зависности од геометрије, толеранција димензија од ±0,01–0,05 мм може се постићи на контролисаним карактеристикама, док укупна толеранција -дела мора бити дефинисана према дебљини материјала, радијусу савијања и стању алата.

 

Инжењерски цртеж треба да разликује:

 

Димензије електричног интерфејса
Механичке димензије лоцирања
Не-нефункционалне димензије
Захтеви за равност
Толеранција положаја рупе
Захтеви за датум заваривања

 

 

 

Најефикаснија структура ниске{0}}индуктивности се генерално добија постављањем излазних и повратних струјних путања физички близу једна другој.

 

Ламинирана структура може поставити позитивне и негативне проводнике у суседне слојеве:

 

Цу (+) / Диелектрик / Цу (−)

 

Супротстављени правци струје стварају делимично поништавајућа магнетна поља. Ово смањује површину петље и стога смањује паразитску индуктивност.

 

За дизајн сабирница високе{0}}е фреквенције, следећи параметри захтевају електричну симулацију и физичку верификацију:

Размак проводника
Дебљина бакра
Распоред слојева
Геометрија терминала
Тренутни правац
Област преклапања
Локација преко или вијка
ДЦ-Удаљеност кондензатора везе
Удаљеност полупроводничког модула
Локација сензора
Стамбена дозвола
 

 

Повећање дебљине бакра смањује отпор једносмерној струји, али не производи аутоматски најнижу индуктивност{0}}преклопне петље.

 

Бакарна плоча од 5 мм-и даље може да покаже превелику индуктивност петље ако су позитивни и негативни проводници физички раздвојени.

 

Параметар дизајна	Ниска{0}}индуктивност	Елецтрицал Реасон
Позитиван/негативан размак	Минимизирајте	Смањује површину петље
Тренутна-путања се преклапају	Максимизирај	Побољшава отказивање{0}} магнетног поља
ДЦ-Удаљеност кондензатора везе	Минимизирајте	Скраћује комутациону петљу
Терминални прелаз	Цомпацт	Смањује локални индуктивни дисконтинуитет
Дебљина бакра	Оптимизујте	Контролише отпорност и топлотно оптерећење
Бендс	Минимизирајте нагле прелазе	Смањује тренутну гужву
Локације причвршћивача	Близу тренутног интерфејса	Ограничава импедансу зглоба

 

Практични циљ дизајна треба да се утврди на основу брзине пребацивања претварача, напона полупроводника, дозвољеног прекорачења и измереног таласног облика комутације, а не из општег броја индуктивности.

 

 

Диелектрични слој између бакарних проводника мора да издржи и континуирани једносмерни напон и понављајуће прелазне процесе.

 

Типичне варијабле дизајна изолације укључују:

 

ПЕТ филм
ПИ филм
Епоксидни премаз у праху
Полиимидни системи
Обликоване изолационе конструкције

 

Захтевани ниво диелектричне отпорности зависи од напона система, прелазног напона, дебљине изолације, пузања, клиренса и услова околине.

 

A material specification such as dielectric breakdown strength >15 кВ/мм не треба третирати као комплетан пројекат изолације. Готови склоп такође мора бити валидиран за отпорност на диелектричност, делимично пражњење где је применљиво, термичко старење и механички интегритет.

 

 

За ЕВ инвертер који ради на неколико стотина волти ДЦ, размак изолације се не може одредити само из дебљине премаза.

Дизајн треба да узме у обзир:

 

Радни напон
Категорија пренапона
Степен загађења
Група материјала
Висина
ЦТИ
Пузна удаљеност
Клиренс дистанце
Пребацивање прелазне амплитуде

 

УЛ 94 В-0 може да дефинише перформансе запаљивости за изолациони материјал, али не замењује координацију електричне изолације у складу са применљивим системским захтевима као што је ИЕЦ 60664-1.

 

Затражите бесплатну ДФМ процену и понуду

 

 

СиЦ инверторска сабирница може да ради на умереној просечној температури док развија локализоване жаришне тачке изнад 200 степени у близини терминала, заварених спојева или уских струјних прелаза.

 

Термални проблем је често узрокован локализованим отпором, а не недовољним укупним попречним{0}} пресеком бакра.

Џул загревање је следеће:

 

P = I²R

Мало повећање отпора зглоба производи несразмерно већи пораст температуре при великој струји.

На пример, на 500 А, отпор зглоба од само 100 µΩ производи:

 

P = 500² × 0.0001 = 25 W

Тих 25 В је концентрисано на релативно малом интерфејсу, а не распоређено по целој бакарној сабирници.

 

 

За склопове сабирница велике струје{0}, отпор спојева треба контролисати кроз процесне могућности, а не само визуелну инспекцију.

Применљиве технологије спајања укључују:

 

Ласерско заваривање

Отпорно заваривање

ТИГ заваривање

Лемљење

Молекуларно дифузионо заваривање

Вијчани електрични спојеви

Заковани проводни интерфејси

 

Метод придруживања	Типична снага	Зона{0}}захваћена топлотом	Димензионална контрола	Погодна апликација
Ласерско заваривање	Високо	Ниско	Високо	Цу сабирнички терминали
Отпорно заваривање	Високо	Локализовано	Високо	Језици и танки проводници
Лемљење пећи	Високо	Широка топлотна изложеност	Средње	Сложени склопови од бакра
Молекуларно дифузионо заваривање	Веома висок квалитет интерфејса	Веома ниско	Високо	Прецизне ламиниране структуре
Болтед јоинт	Мецханицал сервицеабле	Ниједан	Средње	Уклоњиве везе

 

За ласерско заваривање -на- бакар, апсорпција зрака је знатно нижа него код многих челика. Стање површине, таласна дужина, густина снаге, заштитни гас, зазор у спојевима и екстракција топлоте стога захтевају развој процеса.

 

 

Програм валидације производње треба да комбинује мерења димензија и топлоте.

Типичан редослед валидације укључује:

 

ЦММ контрола положаја и равности терминала.

Четворожично мерење отпора електричних спојева-

Термопар или РТД мерење на дефинисаним локацијама.

Инфрацрвена термовизија под репрезентативном струјом.

Термални бициклизам.

Испитивање диелектричне отпорности.

Контрола попречног пресека{0}}вара.

Испитивање деструктивног повлачења или смицања где је применљиво.

 

Термичка слика не би требало да се користи као једини метод прихватања јер се емисивност значајно разликује између голог бакра, позлаћеног бакра, премаза и оксидисаних површина.

 

 

Бакар има коефицијент топлотног ширења од приближно 16,5-17 ппм/степен. Полимерна изолација и суседне металне компоненте углавном имају различите коефицијенте.

 

Поновљени циклуси температуре стога стварају механички стрес на:

заварени интерфејси
заковани интерфејси
границе премаза
терминални вијци
интерфејси кондензатора
тачке монтаже сензора

 

Слој сабирница треба да буде пројектован тако да термичко ширење не преноси превелики напон на терминале кондензатора за једносмерну -везу или полупроводнички модул инвертера.

 

 

 

Интегрисање сабирнице са кондензатором ДЦ-везе и сензором струје може скратити струјну петљу и смањити број склопова.

Међутим, механичка интеграција уводи додатна ограничења.

 

Сабирница мора истовремено задовољити:

Капацитет електричне струје
Ниска залутала индуктивност
Поравнање терминала кондензатора
Поравнање отвора сензора
Контрола магнетног{0}}поља
Пузање и клиренс
Интерфејс кућишта
Толеранција монтаже
Употребљивост

 

 

Кондензатор ДЦ-везе треба да буде постављен што је могуће ближе степену преклопне снаге.

 

Циљ је да се минимизира висока{0}}петља комутације:

 

ДЦ-Кондензатор везе → позитивна сабирница → СиЦ модул → негативна сабирница → ДЦ-Кондензатор везе

 

Повећање физичког растојања између ових елемената повећава дужину проводника и површину петље.

 

Из тог разлога, сабирница која је електрични ниског-отпора, али физички дугачка, може да ради лошије током брзог СиЦ пребацивања од мало отпорнијег, али чврсто ламинираног дизајна.

 

 

Актуелни сензори могу да користе Халл-ефекат, флуксгате, шант или друге технологије сенсинга.

 

Геометрија сабирнице око сензора мора одржавати контролисану:

 

Положај диригента
Зазор отвора сензора
Симетрија магнетног{0}}поља
Механичка фиксација
Размак изолације
Топлотна изолација

 

За систем мерења струје заснован на{0}}у шанта, отпор и температурни коефицијент шанта су део архитектуре мерења.

 

За сензоре магнетне струје, положај проводника у односу на сензорски елемент може утицати на магнетно поље које сензор види.

 

Цртеж сабирница стога треба да садржи експлицитне референтне тачке сензора уместо да се ослања на општу толеранцију монтаже.

 

 

Квалитет ласерског заваривања у великој мери зависи од геометрије споја.

 

За склопове бакарних сабирница, процесни прозор треба да контролише:

 

Зглобни јаз

Чистоћа површине

Дебљина бакра

Платинг цондитион

Снага ласера

Брзина заваривања

Пречник греде

Положај фокуса

Заштитни гас

Притисак стезања

 

Стабилан завар треба да буде валидиран путем металографских попречних-пресека, а не само визуелног изгледа.

 

Преузмите спецификацију дизајна сабирнице

 

 

За аутомобилске програме, електричне перформансе саме по себи не успостављају спремност за производњу.

 

Пакет за валидацију производње може укључивати:

ДФМЕА

ПФМЕА

План контроле

Дијаграм тока процеса

МСА

СПЦ

Студије способности

Извештај о инспекцији димензија

Цертификати материјала

Валидација заваривања

Подаци о електричном отпору

Резултати диелектричне отпорности

Резултати термичког испитивања

ИМДС{0}} информације о материјалу где је применљиво

Спецификација паковања

Евиденција о следљивости

 

 

Пре масовне производње треба идентификовати критичне{0}}карактеристике{1}}за квалитет.

 

Типичне ЦТК карактеристике укључују:

Положај рупе
Терминална равност
Дебљина бакра
Дебљина изолације
Пробијање завара
Снага заваривања
Заједнички отпор
Дебљина платинга
Диелектрична отпорност
Поравнање сензора

 

За стабилан процес масовне{0}}производње, клијенти могу да наведу Цпк већу или једнаку 1,33 или већу вредност за одређене критичне карактеристике.

Стварни захтев би требало да прати уговор о квалитету и план контроле корисника уместо да примењује један универзални праг могућности.

 

 

Тамо где су специфицирани посребрени{0}} интерфејси, дебљину превлаке треба верификовати помоћу одговарајуће методе мерења као што је КСРФ.

Номинална спецификација као што је 3-5 µм Аг оплата треба да буде праћена:

Спецификација основног материјала

Спецификација доње плоче

Минимална локална дебљина

Мјерне локације

Припрема површине

Захтев за адхезију

Захтев за корозијом

За бакарне сабирнице, оплата се обично примењује на дефинисане електричне контактне површине, а не аутоматски преко целе компоненте.

 

 

Подаци о материјалима пружају полазну тачку. Валидација производње мора да процени готову сабирницу.

Програм тестирања може укључивати:

 

Тест	Примари Пурпосе	Типична контролна тачка
Диелектрична отпорност	Електрична изолација	Нема квара
Отпор изолације	Контрола цурења	Спецификација купаца
Заједнички отпор	Електрични губитак	µΩ-мерење нивоа
Топлотни пораст	Генерисање топлоте	Дефинисана струја/оптерећење
Попречни пресек{0}}завара	Квалитет фузије	Критеријуми пенетрације/дефекта
ЦММ инспекција	Усклађеност димензија	Толеранција цртежа
Дебљина платинга	Трајност контакта	КСРФ мерење
Термални бициклизам	Трајност експанзије	Дефинисани температурни профил
Вибрације	Механичка издржљивост	Профил возила/система

 

 

Производна линија за склопове ЕВ сабирница треба да одржава следљивост од улазног материјала до завршне инспекције.

 

Типичан ланац следљивости је:

 

Бакарни намотај → Лот за штанцање → Формирање → Заваривање → Чишћење → Изолација → Платинг → Монтажа → Електрични тест → Завршна инспекција

Подаци о процесу се затим могу повезати са производном серијом, машином, стањем алата, оператером и записом о инспекцији.

 

 

Стратегија алата би требало да почне са коначном архитектуром склопа, а не једноставном репродукцијом 2Д профила.

 

Пре производње калупа, инжењерски преглед треба да процени:

Распоред траке

Коришћење материјала

Правац зрна

Редослед савијања

Спрингбацк

Пиерцинг оптерећење

Оптерећење формирања

Избор алатног челика

Површине за хабање

Бурр дирецтион

Датум стратегије

Уређај за заваривање

Инспецтион фиктуре

 

За бакарне сабирнице, правац ивица може бити електрични и механички значајан тамо где се утиснута ивица налази близу изолације или другог проводника.

 

 

Не може се гарантовати век трајања алата из општег броја хода.

Стварни живот зависи од:

Тврдоћа бакра

Дебљина траке

Размак сечења

Геометрија ударца

Дие материал

Цоатинг

Брзина притиска

Подмазивање

Геометрија дела

Интервал одржавања

Алат би стога требало пратити кроз дефинисана ограничења хабања и критеријуме превентивног{0}}одржавања, а не ослањати се само на акумулирани број хода.

 

 

Поуздан процес развоја СиЦ сабирница треба да користи и симулацију и физичко мерење.

 

Инжењерски низ може бити структуиран као:

 

Електрична архитектура → 3Д распоред сабирница → Електромагнетна симулација → Термичка симулација → ДФМ → Алати → Прототип → ЦММ → Валидација заваре → Електрични тест → Термички тест → ППАП

 

Критична тачка је да измерени склоп мора бити у корелацији са оригиналним електричним моделом.

 

Симулирана петља од 8 нХ није довољна ако произведени склоп мери 18 нХ због геометрије терминала, хардвера за монтажу или прелаза конектора који су искључени из модела.

 

 

Модел треба да садржи:

 

Бакарни проводници

Терминални прелази

Заварени региони

Тачке спајања кондензатора

Интерфејс полупроводничког модула

Причвршћивачи тамо где су електрични

Повратни пут

Структура сензора где утиче на дистрибуцију струје

 

За високо{0}}анализу, потпуни 3Д електромагнетни модел је пожељнији од једноставног прорачуна једносмерног отпора

 

 

Мерење отпора треба да користи келвинову четворожилну{0}}методу где се карактерише низак отпор.

Мерења треба да прецизирају:

 

Тест струја

Мерне тачке

Температура околине

Температура сабирнице

Време стабилизације

Конфигурација контакта

 

Пошто се отпор бакра мења са температуром, подаци о отпорности без дефинисане температуре испитивања имају ограничену инжењерску вредност.

 

 

Прилагођену бакарну сабирницу за апликације ЕВ погона треба третирати као електромагнетни, термички и механички склоп, а не као жигосану бакарну компоненту.

 

За СиЦ вучне претвараче, инжењерски приоритети су мерљиви:

<10 nH target for the defined high-frequency commutation loop
97–100% ИАЦС проводљивост бакра у зависности од класе
Контролисани отпор споја на нивоу µΩ-
Локална термичка способност изнад 200 степени где то захтева систем
Дефинисана диелектрична чврстоћа и координација изолације
Контрола ±0,01–0,05 мм на одабраним прецизним карактеристикама где дизајн дозвољава
Верификација димензија заснована на ЦММ{0}}у
Металографска валидација завара
КСРФ потврда{0}}дебљине
ИАТФ 16949 контроле производње
ППАП ниво 3 документација када то одреди купац

 

Исправна сабирница је она чији електрични модел, термални модел, производни процес и подаци о инспекцији конвергирају са истим захтевима дизајна.

 

 

Који документи су обично укључени у пакет ППАП нивоа 3 за ЕВ СиЦ инверторску сабирницу?

Пакет ППАП нивоа 3 обично укључује ПСВ, цртеже, записе о материјалу, резултате димензија, ПФМЕА, план контроле, ток процеса, МСА, студије способности и применљиве извештаје о валидацији.

 

Колико дуго траје Т1 алат и узорковање прототипа за прилагођену сабирницу бакарног инвертера?

Типичан развојни циклус Т1 може се планирати око 20–30 дана, у зависности од геометрије, прогресивне-сложености матрице, прибора за заваривање, доступности материјала и одобрења цртежа од стране корисника.

 

Како се проверава дебљина посребрености на абакарни сабирнички терминал?

Дебљина посребреног слоја се обично верификује КСРФ мерењем на дефинисаним локацијама за инспекцију. Цртеж треба да одреди минималну дебљину, мерну површину, захтеве за подлогу и подлогу.