由市场开发经理 Olivier Mathieu 发表
先进电子解决方案
电机、电池和电气控制系统被称为电动交通的三电系统。
罗杰斯公司拥有许多有关互连及将电池与我们的高性能 ROLINX® 母线排连接的资源。我们提供的母线排可用于圆柱型电池、方型电池以及单独设计或与电动交通领域主要制造商共同开发的电池。此外，我们拥有由罗杰斯高弹体材料解决方案事业部提供的配有相变材料 (PCM) 的软包电池互连和热管理解决方案。
本博客将介绍用于电气控制系统中的高性能母线排。通常情况下，我们的 ROLINX® 母线排广泛用于纯电动汽车 (EV) 和插电式混合动力汽车的高功率逆变器，即牵引驱动器，以及混合动力电动汽车的低功率逆变器，即一体式起动发电机 (ISG)。
现在，考虑到紧凑集成，低于 60 kW 或者 75 kW 的低功率逆变器采用功率线路板 (PCB) 来制造控制装置和电源装置，这些装置集成在单个 PCB 上。然而，在电动交通领域，耐用、防振和热现象至关重要。
随着碳化硅 (SiC) 半导体的发展及其成本的下降，越来越多的 SiC 金属氧化物半导体场效晶体管 (MOSFET) 和绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 用于逆变器中，因此，许多新的挑战由此产生。
首先，由于 SiC 半导体的切换频率更高，因此，必须尽可能降低杂散电感，以避免电压尖峰。与多年前开发的受封装技术和成本限制的硅基 (Si) 半导体不同，市场上的 SiC 半导体模块种类多样。目前市场上使用最广泛的是分立模块和 SiC MOSFET 模块。低电感对额定功率的要求更严格，因此，半导体应并联，以达到额定功率。同时，并联结构可使功率扩展更加灵活。事实上，模块化更易组装，同时，分立设计则可实现更紧凑的结构。
其次，SiC 半导体的可耐温度更高。SiC 半导体的最高结温为 175℃，极端温度可达到 600℃，而 Si 半导体的相同参数为 150℃，这对传统 PCB 造成了极大挑战。对于实际应用，SiC 半导体的外壳温度可达到 125℃，而 Si 半导体仅可达到 85℃。电源装置和逆变器的可耐温度还取决于电容器、电感器和其他多个部件的性能。
因此，具有低电感的电源装置和耐高温的叠层母线排仍然是电动汽车逆变器的上佳选择。罗杰斯拥有各种叠层母线排解决方案，可满足较高可耐温度的需求。
低电感是叠层母线排的优势，也是罗杰斯的经营领域之一。杂散电感会使电、磁和热现象耦合在逆变器中。这会导致理论设计出现偏差或导致设计裕量过大，从而增加总成本。另外，功率密度难以提高。不仅如此，杂散电感会影响电力电子部件的选择、额定功率、切换频率、磁元件的性能、损耗和升温。因此，显而易见，逆变器中的低电感母线排至关重要。
集肤效应、互感效应、换向电路的长度和间距以及母线排的分离式结构会对叠层母线排的杂散电感造成影响。根据我们的经验，当变流器电路的长度增加一倍时，杂散电感将增加 0.3 倍。此外，当换向电路的绝缘厚度增加一倍时，杂散电感将增加 0.8 倍。
布局不对称、部件放置和叠层母线排结构会导致换向电路的杂散电感不平衡。叠层母线排换向电路中的杂散电感不平衡会导致主电路中的杂散电感不对称。因此，需要增加额外的缓冲电路和散热底板，以抑制不平衡的电压和热应力。综上所述，应特别注意换向电路中杂散电感的平衡性。
大多数电力电子解决方案都会对技术和成本进行权衡。由于功率和变流器拓扑不同，因此，叠层母线排的物理结构也不尽相同。为了获得最佳成果，叠层母线排的设计应遵循以下原则：
如果您有任何设计方面的问题，或在使用母线排的优化设计应用上需要帮助，罗杰斯的电力电子解决方案专家们随时可以提供帮助。如果您有任何问题，请联系我们。
相关产品：
ROLINX 母线排
标签：
Olivier's Twist 博客, 燃油汽车与电动/混合动力汽车, 通用工业
发布于 2020 年 9 月 9 日
