Lagskipt strætisvagnar Stray Inductance Optimization Guide: Hvernig á að draga úr spennutoppum og skiptitapi í SiC inverterum

Við umskipti á rafeindakerfum frá hefðbundnum sílikon IGBT yfir í kísilkarbíð (SiC) tæki, hefur smám saman komið upp lykilatriði: SiC tæki eru með mjög hraðan skiptahraða, en villandi inductance í kerfinu getur truflað afköst verulega. Spennusveiflur og hátíðnissveiflur af völdum flökkuspennu ógna ekki aðeins öryggi tækisins heldur draga verulega úr afköstum SiC. Hár-þéttleika lagskipt rúlla eru kjarna byggingarlausnarinnar til að takast á við þennan flöskuháls. Þessi grein mun útskýra hvers vegna lagskipt rúllustangir geta dregið úr inductance og hvernig á að velja þær í hagnýtum forritum.

I. Þó að SiC tæki séu hraðari, verður villuspenna mikil hindrun.

SiC MOSFETs skipta á hraða sem er meira en tíu sinnum hraðar en sílikontæki, sem leiðir til meiri aflþéttleika og skilvirkni. Hins vegar er hin hliðin á peningnum sú að hraðari skipting leiðir til meiri breytinga á straumi (di/dt). Samkvæmt formúlunni V=L × di/dt, getur jafnvel flökkuspenna sem nemur aðeins nokkrum nanóhnerum myndað spennustoppa upp á hundruð volta yfir tækið. Þessir toppar leggjast ofan á strætóspennuna og ef þeir fara yfir spennumörk tækisins munu þeir brotna niður og brenna út.

Meira vandamál er að flökkuspenna getur einnig hljómað með úttaksrýmd SiC tækja og myndað hátíðni sveiflur (hringi). Þessi sveifla eykur rofatap og veldur því að tækið hitnar og myndar einnig alvarlegar rafsegultruflanir sem koma í veg fyrir að kerfið standist EMC vottun. Til öryggis þurfa verkfræðingar oft að gera málamiðlanir: annað hvort velja einingar með hærri þolspennu (eykur kostnað og tap) eða auka hliðarviðnám til að hægja á skiptihraðanum (beint sóa há-tíðnikosti SiC). Tilkoma þriggja-laga lagskiptra rásarstönga miðar að því að uppræta þetta vandamál á byggingarstigi.

II. Af hverju dregur lagskipt straumstangir í háum-aflbreyti úr inductance?

Hefðbundnar straumar hafa tvo aðskilda leiðara, með fram- og afturstraumum langt á milli. Segulsviðin sem þau mynda geta ekki hætt við hvert annað, sem leiðir til mikillar flökkuspennu. Kjarnahugmyndin um lagskipt samrunastiku í háum-aflbreyti er að stafla fram- og afturleiðara saman, þannig að þeir keyra mjög þétt saman. Straumstefnur eru gagnstæðar og segulsviðsstefnur eru líka gagnstæðar; segulsviðin tvö draga hvort annað út og draga úr flökkuspennu niður í einn-tíundi eða jafnvel minna af hefðbundnum lausnum.

Frá sjónarhóli vöruflokkunar eru lagskipt rúllustangir ekki venjulegir leiðandi rásstangir, heldur aðgerðalausir aflhlutar með nákvæmlega hannaða uppbyggingu. Það fer eftir fjölda laga, algeng mannvirki innihalda þrjú, fjögur eða jafnvel fimm lög. Því fleiri lög, því þéttari er straumleiðin og því lægri er inductance. Sem lykiltengihlutur í inverterinu, ákvarðar inductance gildi hans beint efri mörk kraftmikillar frammistöðu alls invertersins.

III. Hvernig á að velja lagskipt rútustangir fyrir mismunandi umsóknarsvið?

Kjarnarökfræðin fyrir valið er: Íhugaðu fyrst spennustigið, síðan núverandi afkastagetu og að lokum uppsetningarrýmið.

Ný orkutæki eru sem stendur hraðast-vaxandi notkunarsvæðið fyrir lambaðar rútustangir. Lagskipt rútustangir fyrir rafbíla þurfa að bera hundruð ampera af straumi á mjög litlu rými á meðan þeir uppfylla kröfur um titring og hitastig í bílum. Þeir nota venjulega fjöl-laga samsett mannvirki til að koma á jafnvægi við lága inductance og mikla áreiðanleika.

Járnbrautaflutningageirinn hefur mjög miklar öryggiskröfur. Rútustangir í neðanjarðarlestinni verða að uppfylla strönga staðla um sprengi-vörn, eld-og tæringarvörn-, en stjórna rafsegultruflunum í lokuðu umhverfi neðanjarðarganga. Þess vegna eru vörur með hlífðarhönnun, eins og háspennusprengingar-Proof Inverter rásbars, oft fyrir valinu.

Fyrir flóknar staðfræði eins og þriggja-þrepa invertara, þurfa laminated rútustangir fyrir þriggja-þreps inverters að samþætta margar jákvæðar og neikvæðar rútur innan einni rútu, sem leiðir til meiri burðarvirkis og strangari kröfur um millilaga einangrun og nákvæmni. Lagskipt rúllustangir fyrir flóknar samstæður eru hannaðar fyrir iðnaðartíðnibreyta, orkugeymslukerfi og önnur forrit og styðja sérsniðna fjöl-útibúahönnun.