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IGBT模塊低雜散電感疊層母排設計

文章來源:http://www.anonymousjuice.com/
疊層母線用于實現電力電子產品中功率電路各組件的電氣連接,通過采用正負極平行層疊分布的結構形式降低線路分布電感,從而降低功率元件兩端的反向尖峰電壓北京赛车-首页_Welcome,降低功率器件對電壓保護吸收電路的要求,提高功率器件運行的可靠性和穩定性,同時提高了電路的集成度,便于維修維護。

疊層母線具有以下優點:
(1)低雜散電感,從而減少電壓尖峰對元器件的損害,提高(延長)電子元器件的使用壽命;
(2)具有最小的阻抗北京赛车-首页_Welcome,降低連接組件兩端的壓降;可以降低系統噪音和電磁干擾、射頻干擾;
(3)方便安裝和現場維護;
(4)減少部件數量,增加系統可靠性北京赛车-首页_Welcome;
(5)簡潔北京赛车-首页_Welcome、美觀北京赛车-首页_Welcome。
目前BUSBAR已經被廣泛應用于電力電子北京赛车-首页_Welcome、航空航天、交通運輸及軍事等領域北京赛车-首页_Welcome北京赛车-首页_Welcome。
功率損耗與雜散電感的影響,VCE, IC, Pv, Eswitch  的關系如下圖:
如果增加開關速度, 將減少開關損耗 Eswitch
雜散電感對關斷過程的影響:
IGBT在關斷時,由于直流環節的雜散電感,兩端會出現過電壓:
加上直流母線電壓后可能會導致Vce>Vcemax,從而使IGBT過電壓損壞。
通過設計低電感的直流環節(較小的Lstray),可以使過電壓顯著減小。
電感:
當線圈中有電流通過時北京赛车-首页_Welcome,線圈的周圍就會產生磁場。當線圈中的電流發生變化時,其周圍的磁場也產生相應的變化北京赛车-首页_Welcome,此變化的磁場可使線圈自身產生感應電動勢,這就是自感。
兩個電感線圈相互靠近時,一個電感線圈的磁場變化將影響另一個電感線圈,這種影響就是互感。
母線的電感:
電感普遍存在與導電的導體北京赛车-首页_Welcome。通常疊層母線(BUSBAR)的物理尺寸是由系統決定的,元器件的位置是由BUSBAR的結構決定的北京赛车-首页_Welcome。為了盡量減少電感的影響,而又不會對系統整體裝配有大的影響,可以通過縮短導體與導體之間隔開的間距來實現。在系統或者部件允許范圍內北京赛车-首页_Welcome,導體也應該設計成盡可能的寬北京赛车-首页_Welcome。
電感估算公式:
其中:L=nH,l=導體長度,a=電介質厚度,b=導體寬度
電容:
電容(或稱電容量)是表征電容器存儲電荷本領的物理量。我們把電容器的兩極板間的電勢差增加1伏所需的電量北京赛车-首页_Welcome,叫做電容器的電容。
母線的電容:
系統中BUSBAR的正負母線之間由于特殊的結構北京赛车-首页_Welcome,有著一定量的電容北京赛车-首页_Welcome,BUSBAR的結構通過巧妙處理,使系統按要求執行任務。選擇的電容絕緣材料介電常數符合要求,就不需要改變匯流線的結構。不影響系統內部的電感系數來實現電容可變,又要滿足電壓衰減的絕緣要求北京赛车-首页_Welcome。
電容估算公式:
其中:C=pF,l=導體長度,b=導體寬度,Er=介電常數北京赛车-首页_Welcome,a=電介質厚度
電流:
在單位時間里通過截面的電荷量,叫電流。分為直流和交流。
母線的電流:
大多應用在直流環境下,母線的額定電流是基于導體在載流時允許的最高溫度上升范圍的基礎上。在這個最高溫度下能長期穩定的工作。
電流估算公式:
其中:I=A;W=導體寬度mm北京赛车-首页_Welcome;T=導體厚度mm。
銅排與疊層母線的對比:
普通的銅排連接北京赛车-首页_Welcome,絕緣是靠空間距離來完成的,電氣性能差,較多的連接點,可靠性和抗污染能力差。
疊層母線有較小的引線電感,絕緣材料絕緣可靠,封邊處理污染能力好。
導體:
在所有金屬中導電性能最好的前四種金屬按照順序依次是銀、銅北京赛车-首页_Welcome、金、鋁。
BUSBAR用絕緣材料:
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