【導讀】電源轉換行業(yè)在產(chǎn)品性能、成本和制造質(zhì)量方面面臨著(zhù)越來(lái)越大的壓力。這種趨勢給轉換器子組件帶來(lái)了具有挑戰性的技術(shù)限制，導致效率、可靠性和成本效益下降。
電源轉換行業(yè)在產(chǎn)品性能、成本和制造質(zhì)量方面面臨著(zhù)越來(lái)越大的壓力。這種趨勢給轉換器子組件帶來(lái)了具有挑戰性的技術(shù)限制，導致效率、可靠性和成本效益下降。
適當設計的互連 LBB 可以有效減輕高功率轉換器的過(guò)沖電壓、電磁干擾、開(kāi)關(guān)損耗和熱應力。此步驟是強制性的，以避免可能導致轉換器故障的嚴重故障。（圖1）。
圖 1. 尺寸 過(guò)小的元件對轉換器質(zhì)量的影響。圖片由 Bodo ’s Power Systems提供
隨著(zhù)電壓水平的升高，多電平轉換器拓撲是限制 dv/dt 應力的解決方案，但這使機械設計和每個(gè)導體之間的電氣相互作用的定義變得復雜。
可靠、準確地確定這些參數對于緊湊性、安全性、電氣魯棒性以及熱和磁性能問(wèn)題至關(guān)重要。
Bus Bar Calculator? 是 LBB 制造商 MERSEN 和 GT-PowerForge 軟件開(kāi)發(fā)商 GAMMA TECHNOLOGIES 之間合作的成果，該軟件提出了一種創(chuàng )新方法來(lái)快速、高效、準確地收集轉換器的運行狀況。
部分詳細介紹了主要的 LBB 設計約束。在第二部分中，詳細介紹了基于軟件的解決方案如何幫助收集約束。
母線(xiàn)約束
開(kāi)關(guān)器件在各種頻率下工作，會(huì )產(chǎn)生電壓峰值，該電壓峰值與換向電流環(huán)路 (CCL) 的總雜散串聯(lián)電感成比例增加，如圖 2 所示。為了防止轉換器超過(guò)擊穿電壓，雜散電感需要化。該參數取決于互連的幾何形狀和結構，例如母線(xiàn)，如圖 3 所示。
從幾 kHz 到幾百 kHz 的開(kāi)關(guān)頻率會(huì )產(chǎn)生電流諧波，需要對其進(jìn)行識別以解決熱問(wèn)題。事實(shí)上，如果 LBB 導體冷卻或設計不當，由于趨膚效應和鄰近效應，這些諧波可能會(huì )使系統過(guò)熱。
圖 2. 電感對浪涌電壓的影響。圖片由 Bodo’s Power Systems提供
圖 3. 轉換器的電氣圖。圖片由 Bodo’s Power Systems提供
為了說(shuō)明這一現象，圖 4 顯示了 70 °C 時(shí)電流密度映射、熱加熱和溫度與通過(guò)銅棒的電流頻率的函數關(guān)系。
圖 4. 不同頻率下電流密度和熱加熱的集膚效應。圖片由 Bodo’s Power Systems提供
這些結果來(lái)自 Comsol Multiphysics?，這是一款跨平臺有限元分析、求解器和多物理場(chǎng)仿真軟件。
可以看出，高頻時(shí)邊緣的電流密度高于低頻時(shí)的電流密度，導致熱點(diǎn)區域的溫度升高 35°C，這可能會(huì )使 LBB 分層，終導致導體短路。
更一般而言，dv/dt 增加的趨勢會(huì )引發(fā)關(guān)鍵事件，例如局部放電 (PD) 和電擊穿。因此，有必要針對正確的應用參考正確的標準來(lái)正確定義電氣測試電壓和絕緣配合，包括電氣間隙和爬電距離。
必須區分電氣間隙和爬電距離，如圖 5 所示。足夠的絕緣距離可以防止氣隙電離以及隨后的閃絡(luò )或電氣跟蹤故障。
圖 5. 電氣間隙和爬電距離的表示。圖片由 Bodo’s Power Systems提供
LBB 設計過(guò)程中的所有這些關(guān)鍵要素（電感、熱量、局部放電、絕緣距離）都會(huì )導致相反的要求，并且應特別注意熱、電和磁約束之間的折衷。任何類(lèi)型的偏差都可能導致轉換器立即或延遲發(fā)生故障，從而可能帶來(lái)人類(lèi)風(fēng)險。
目前還沒(méi)有轉換器設計工具考慮將無(wú)源和有源組件互連在一起的所有元件，以實(shí)現更好的設計過(guò)程和優(yōu)化。
借助 Bus Bar Calculator，可以將轉換器的完整運行條件以及技術(shù)和環(huán)境互連要求作為輸入條件來(lái)填充，以計算設計 LBB 所需的轉換器輸出。它致力于通過(guò)其完整設計的所有利益相關(guān)者標準化和傳達母線(xiàn)技術(shù)要求，并在設計階段開(kāi)始時(shí)考慮限制。
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