由市场开发经理 Olivier Mathieu 发表
先进电子解决方案
目前，对高功率密度、高可靠性和低电感的要求不仅对母排至关重要，也对完整的逆变器设计十分重要。在大功率应用场合，例如牵引、光伏和风电逆变器以及电动汽车（EV）和混合动力汽车（HEV）的动力系统，能量传输过程中，必须把集中损耗和杂散损耗降到最低。
这些逆变系统的持续挑战之一便是开发集成了分立元器件的直流母线系统和叠层，要求鲁棒性足够好以承受高电压和大电流，同时要求低电感以降低变流器的开关损耗。
解决问题的关键在于新的叠层母线排设计方法——将叠层母线排和典型薄膜电容器集成为一个部件叠层。通过这种方法，可有效降低等效串联电感（ESL）、使结构紧凑、并提高功率密度。
不止是母线排
进行这些电容器母线排组装的关键是将电容器组装到母线排的方法。不仅在每层叠层母线排和电容器中，构成组件的各个部件的材料均展现出复杂的热膨胀系数。此外，母线排和电容器之间的界面会受到振动和温度变化（来自环境温度和电流引起的发热）所产生的应力。
电容器的欧姆电阻较低，传热特性良好，为母线排组件提供了一个稳定的热界面。电容器通过罗杰斯母线排结构上的“连接岛”（早期取得专利的特定焊接技术）连接到叠层母线排组件上。这种互连方法为低等效电感的集成组装提供了较低的电阻和电感。集成的母线排-电容器组件可切换的电压为300-1500V，电流高达1000A。电容容值范围10-2000μF，公差保持在±5%(J)。增强型组件在最大电压工况下使用时，工作温度范围为-40至+105°C。沿母线排所有连接点的过多接触电阻产生的热电偶接合，在高功率场合将危及可靠性，因此将母线排和电容器集成在一起的连接方法在高功率场合维持低电阻至关重要。
材料选择
材料的选择对确定电容器母线排部件的最终高功率性能同样至关重要。比如，就叠层母线排来说，导体材料的选择以及截面积尺寸将决定母线排的载流量。叠层母线排通常采用铜或铝，可能会镀有其他金属，如银、锡或镍等，以避免氧化效应。诸如导电材料、绝缘材料等母线排材料的选择，也将限制母线排连接电路的生产工艺温度。例如，免焊连接法需要较高的加工温度，并且要求母线排材料能在制造过程中承受这样的温度。分隔母线排导电介质的绝缘材料应随温度呈现稳定的介质系数，以尽量减少电容和电压变化。
不止是等效串联电感
将分立的电容器并联，可显著减小等效串联电感，同时实现电容器/母线排集成部件期望的容值和等效串联电阻值，但和母线排自身一样，考虑到高功率场合的潜在热效应，选择材料时必须小心谨慎。目标之一是在与母线排的集成和组合中获得较低的电感，并且采用聚酯和聚丙烯介电材料的电容器可以实现较低的等效串联电阻和等效串联电感。
例如，在电动汽车和混合动力汽车动力传动系统应用中，电容器采用锌合金金属化的聚丙烯薄膜材料，确保即使在车载电子应用中出现严酷的温度条件时，其性能保持始终如一。
随着紧凑型逆变器设计开始利用新的WBG半导体，如碳化硅等，工作温度范围已增至125°C以上。叠层母线排及电容器所用的材料需要经受住这些要求。新型创新装配工艺将温度高达150°C的介电薄膜和高温薄膜用于电容器，其特性可匹敌聚丙烯薄膜，但前者能量密度高得多。
电容器中使用的材料具有卓越的热特性，其焊接至母线排时，形成一个导电金属和介电材料的多层结构，从而提供一条近乎持续的热途径，这对高功率应用中避免出现热点十分重要。在电容器和母线排的材料选择上，这种组合提供了一种集成了电容器的母线排，并被应用在许多高电压和大电流中的场合中，如电动汽车、混合动力汽车等以及光伏和风电逆变器。
如有任何设计问题，或根据您的应用和需求在优化叠层母线排或电容器-母线排集成部件时需要帮助，罗杰斯的PES专家可提供帮助。如有任何问题，请联系我们。
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Olivier's Twist 博客, 燃油汽车与电动/混合动力汽车
发布于 2018 年 6 月 29 日
