Pensuisan Penyongsang SiC pada 10–100 kHz: Mengapa Parasitik Busbar Penting

Bar bas penyongsang SiC bukan sekadar konduktor rintangan-rendah. Semasa pensuisan frekuensi tinggi-, bar bas menjadi sebahagian daripada gelung pertukaran, dan kearuhan parasitnya secara langsung menyumbang kepada overshoot voltan mengikut V=L × di/dt. Untuk penyongsang daya tarikan EV, sasaran reka bentuk praktikal selalunya untuk mengekalkan-laluan pertukaran semasa yang tinggi di bawah 10 nH, sambil mengekalkan rayapan terkawal, kelegaan, kenaikan suhu dan toleransi mekanikal.

 

Untuk Pemasangan Busbar Inverter SiC tersuai, reka bentuk elektrik, terma dan mekanikal mesti dibangunkan sebagai satu struktur: pemilihan kuprum C1100, geometri berlamina, penebat dielektrik, kimpalan laser atau rintangan, penyepaduan kapasitor pautan DC dan kedudukan penderia semasa-semuanya mempengaruhi prestasi gelung pensuisan akhir-.
 

 

 

MOSFET SiC boleh bertukar dengan ketara lebih cepat daripada IGBT silikon konvensional. Di/dt tinggi yang terhasil mendedahkan kearuhan parasit yang mungkin mempunyai kesan terhad dalam-peringkat kuasa frekuensi yang lebih rendah.

 

Voltan teraruh boleh dinyatakan sebagai:

 

Vₗ=Lₚ × di/dt

di mana:

Vₗ=voltan induktif parasit
Lₚ=kearuhan gelung parasit
di/dt=kadar slew semasa

 

Sebagai contoh, jika gelung komutasi mempunyai 20 nH kearuhan parasit dan perubahan arus pada 2 kA/µs, sumbangan voltan induktif adalah lebih kurang 40 V.

 

Mengurangkan kawasan gelung fizikal dan medan magnet menentang di dalam timbunan bar bas oleh itu boleh mengurangkan overshoot pensuisan tanpa meningkatkan penarafan voltan semikonduktor.

 

 

C1100/C11000 oksigen-bebas atau tegar elektrolitik-tembaga nada digunakan secara meluas untuk-pembinaan bar bas semasa kerana kekonduksian elektrik yang tinggi dan keupayaan membentuk.

 

bahan	Kekonduksian Biasa	Kelebihan Utama	Aplikasi Busbar Biasa
C1100 Kuprum	~97–100% IACS	Rintangan DC yang rendah	DC-Pautan dan laluan kuasa penyongsang
C1020 Oksigen-Tembaga Bebas	~100% IACS	Kekonduksian tinggi, kandungan oksigen rendah	Elektronik kuasa semasa-tinggi
C2680 Loyang	~25–30% IACS	Kekuatan yang lebih tinggi, kebolehbentukan	Terminal, kurungan, perkakasan
Aluminium 6061	~40% IACS	Ketumpatan rendah, kekuatan struktur	Konduktor sensitif-berat

 

Untuk penyongsang SiC-arus tinggi, kuprum C1100 biasanya dipilih untuk laluan arus utama, manakala keluli loyang atau bersalut boleh digunakan untuk komponen pelekap mekanikal yang kekonduksian elektrik adalah sekunder.

 

Ketebalan kuprum tidak dipilih daripada penarafan semasa sahaja. Reka bentuk mesti mengambil kira:

Arus RMS
arus nadi
kitaran tugas
kenaikan suhu yang dibenarkan
suhu persekitaran
antara muka penyejukan
lebar dan ketebalan konduktor
kesan kedekatan
rintangan sendi
ketebalan penyaduran

 

 

Bar bas berlamina mengandungi berbilang lapisan pengalir yang dipisahkan oleh bahan dielektrik. Variasi dimensi dalam setiap lapisan kuprum terkumpul pada lubang pelekap, antara muka terminal dan titik sambungan kapasitor.

 

Untuk komponen ketepatan, kawalan dimensi boleh diwujudkan melalui:

Pengecapan die progresif
Pemesinan menengah CNC
Dalam-mati memukau
syiling
Lenturan ketepatan
Pemangkasan laser
Pemeriksaan CMM

Bergantung pada geometri, toleransi dimensi ±0.01–0.05 mm mungkin boleh dicapai pada ciri terkawal, manakala toleransi bahagian-terbentuk keseluruhan mesti ditakrifkan mengikut ketebalan bahan, jejari lentur dan keadaan perkakas.

 

Lukisan kejuruteraan harus membezakan antara:

 

Dimensi antara muka elektrik
Dimensi pengesanan mekanikal
Dimensi bukan{0}}berfungsi
Keperluan kerataan
Toleransi kedudukan lubang
Keperluan datum kimpalan

 

 

 

Struktur aruhan-rendah yang paling berkesan biasanya diperoleh dengan meletakkan laluan arus keluar dan balik secara fizikal berdekatan antara satu sama lain.

 

Struktur berlamina boleh meletakkan konduktor positif dan negatif dalam lapisan bersebelahan:

 

Cu (+) / Dielektrik / Cu (−)

 

Arah arus yang bertentangan menghasilkan medan magnet yang membatalkan sebahagian. Ini mengurangkan kawasan gelung dan oleh itu mengurangkan kearuhan parasit.

 

Untuk reka bentuk bar bas frekuensi tinggi-, parameter berikut memerlukan simulasi elektrik dan pengesahan fizikal:

Jarak konduktor
Ketebalan tembaga
Susunan lapisan
Geometri terminal
Arah semasa
Kawasan bertindih
Melalui atau lokasi bolt
DC-Jarak kapasitor pautan
Jarak modul semikonduktor
Lokasi sensor
Pembebasan perumahan
 

 

Meningkatkan ketebalan kuprum mengurangkan rintangan DC, tetapi ia tidak menghasilkan kearuhan gelung-suis terendah secara automatik.

 

Plat kuprum setebal 5 mm-masih boleh mempamerkan kearuhan gelung yang berlebihan jika konduktor positif dan negatif diasingkan secara fizikal.

 

Parameter Reka Bentuk	Rendah-Arah Kearuhan	Sebab Elektrik
Jarak positif/negatif	Minimumkan	Mengurangkan kawasan gelung
Laluan-semasa bertindih	Maksimumkan	Memperbaiki-pembatalan medan magnet
DC-Jarak kapasitor pautan	Minimumkan	Memendekkan gelung ulang-alik
Peralihan terminal	Padat	Mengurangkan ketakselanjaran induktif tempatan
Ketebalan tembaga	Optimumkan	Mengawal rintangan dan beban haba
Selekoh	Minimumkan peralihan mendadak	Mengurangkan kesesakan semasa
Lokasi pengikat	Berhampiran antara muka semasa	Hadkan galangan sendi

 

Sasaran reka bentuk praktikal harus diwujudkan daripada kelajuan pensuisan penyongsang, penarafan voltan semikonduktor, overshoot yang dibenarkan, dan bentuk gelombang komutasi yang diukur dan bukannya daripada nombor kearuhan generik.

 

 

Lapisan dielektrik antara konduktor kuprum mesti menahan kedua-dua voltan DC berterusan dan transien pensuisan berulang.

 

Pembolehubah reka bentuk penebat biasa termasuk:

 

Filem PET
Filem PI
Salutan serbuk epoksi
Sistem polimida
Struktur penebat acuan

 

Tahap tahan dielektrik yang diperlukan bergantung pada voltan sistem, voltan sementara, ketebalan penebat, rayapan, kelegaan dan keadaan persekitaran.

 

A material specification such as dielectric breakdown strength >15 kV/mm tidak boleh dianggap sebagai reka bentuk penebat lengkap. Pemasangan siap juga mesti disahkan untuk ketahanan dielektrik, nyahcas separa jika berkenaan, penuaan haba dan integriti mekanikal.

 

 

Untuk penyongsang EV yang beroperasi pada beberapa ratus volt DC, jarak penebat tidak boleh ditentukan daripada ketebalan salutan sahaja.

Reka bentuk harus mempertimbangkan:

 

Voltan kerja
Kategori voltan lampau
Tahap pencemaran
Kumpulan bahan
Ketinggian
CTI
Jarak rayap
Jarak kelegaan
Menukar amplitud sementara

 

UL 94 V-0 mungkin mentakrifkan prestasi mudah terbakar untuk bahan penebat, tetapi ia tidak menggantikan koordinasi penebat elektrik mengikut keperluan sistem yang berkenaan seperti IEC 60664-1.

 

Minta Penilaian & Sebut Harga DFM Percuma

 

 

Bar bas penyongsang SiC boleh beroperasi pada suhu purata sederhana sambil membangunkan tempat liputan setempat melebihi 200 darjah berhampiran terminal, sambungan dikimpal atau peralihan arus sempit.

 

Masalah haba selalunya disebabkan oleh rintangan setempat dan bukannya jumlah keratan rentas kuprum-yang tidak mencukupi.

Pemanasan Joule berikut:

 

P = I²R

Peningkatan kecil dalam rintangan sendi menghasilkan kenaikan suhu yang tidak seimbang pada arus tinggi.

Sebagai contoh, pada 500 A, rintangan sendi hanya 100 µΩ menghasilkan:

 

P = 500² × 0.0001 = 25 W

25 W itu tertumpu pada antara muka yang agak kecil dan bukannya diedarkan di seluruh bar bas kuprum.

 

 

Untuk-pemasangan bar bas semasa yang tinggi, rintangan sendi hendaklah dikawal melalui keupayaan proses dan bukannya pemeriksaan visual sahaja.

Teknologi penyertaan yang berkenaan termasuk:

 

Kimpalan laser

Kimpalan rintangan

Kimpalan TIG

Memateri

Kimpalan resapan molekul

Sambungan elektrik berbolted

Antara muka konduktif terpaku

 

Kaedah Menyertai	Kekuatan Biasa	Haba-Zon Terjejas	Kawalan Dimensi	Aplikasi yang Sesuai
Kimpalan laser	tinggi	rendah	tinggi	Cu terminal bas
Kimpalan rintangan	tinggi	Disetempatkan	tinggi	Tab dan konduktor nipis
Memateri relau	tinggi	Pendedahan haba yang luas	Sederhana	Perhimpunan tembaga yang kompleks
Kimpalan resapan molekul	Kualiti antara muka yang sangat tinggi	Sangat rendah	tinggi	Struktur berlamina ketepatan
Sambungan bolt	Mekanikal boleh diservis	tiada	Sederhana	Sambungan boleh tanggal

 

Untuk kimpalan laser kuprum-ke-kuprum, penyerapan rasuk jauh lebih rendah berbanding kebanyakan keluli. Keadaan permukaan, panjang gelombang, ketumpatan kuasa, gas pelindung, celah sendi, dan pengekstrakan haba memerlukan pembangunan proses.

 

 

Program pengesahan pengeluaran harus menggabungkan ukuran dimensi dan terma.

Urutan pengesahan tipikal termasuk:

 

Pemeriksaan CMM kedudukan terminal dan kerataan.

Empat-ukuran rintangan wayar bagi sambungan elektrik.

Pengukuran termokopel atau RTD di lokasi yang ditentukan.

Pengimejan terma inframerah di bawah arus perwakilan.

Berbasikal haba.

Ujian tahan dielektrik.

Pemeriksaan keratan-kimpal.

Ujian tarikan atau ricih yang merosakkan jika berkenaan.

 

Pengimejan terma tidak boleh digunakan sebagai kaedah penerimaan tunggal kerana emisitiviti berbeza dengan ketara antara kuprum kosong, kuprum bersalut, salutan dan permukaan teroksida.

 

 

Kuprum mempunyai pekali pengembangan haba kira-kira 16.5–17 ppm/ darjah . Penebat polimer dan komponen logam bersebelahan umumnya mempunyai pekali yang berbeza.

 

Oleh itu, kitaran suhu berulang menghasilkan tekanan mekanikal pada:

antara muka yang dikimpal
antara muka terpaku
sempadan salutan
bolt terminal
antara muka kapasitor
titik pelekap sensor

 

Tindanan bar bas hendaklah direka bentuk supaya pengembangan terma tidak memindahkan tegasan yang berlebihan ke dalam-terminal kapasitor pautan atau modul semikonduktor penyongsang DC.

 

 

 

Mengintegrasikan bar bas dengan DC-Kapasitor pautan dan sensor arus boleh memendekkan gelung kuasa dan mengurangkan kiraan pemasangan.

Walau bagaimanapun, integrasi mekanikal memperkenalkan kekangan tambahan.

 

Bar bas mesti pada masa yang sama memenuhi:

Kapasiti arus elektrik
Kearuhan sesat rendah
Penjajaran terminal kapasitor
Penjajaran apertur sensor
Kawalan medan-magnet
Rayapan dan pelepasan
Antara muka perumahan
Toleransi perhimpunan
Kebolehkhidmatan

 

 

DC-Kapasitor pautan hendaklah diletakkan sehampir praktikal dengan peringkat kuasa pensuisan.

 

Objektifnya ialah untuk meminimumkan-gelung penukaran frekuensi tinggi:

 

DC-Kapasitor pautan → bar bas positif → modul SiC → bar bas negatif → DC-Kapasitor pautan

 

Menambahkan jarak fizikal antara elemen ini meningkatkan panjang konduktor dan kawasan gelung.

 

Atas sebab ini, bar bas yang mempunyai rintangan-elektrik rendah tetapi panjang secara fizikal mungkin berprestasi lebih teruk semasa pensuisan SiC pantas berbanding reka bentuk yang lebih rintangan tetapi berlamina ketat.

 

 

Penderia semasa mungkin menggunakan Hall-effect, fluxgate, shunt atau teknologi penderiaan lain.

 

Geometri busbar di sekeliling sensor mesti mengekalkan kawalan:

 

Kedudukan konduktor
Kelegaan apertur sensor
Simetri medan-magnet
Penetapan mekanikal
Jarak penebat
Pengasingan haba

 

Untuk sistem pengukuran semasa berasaskan shunt-, rintangan dan pekali suhu bagi shunt adalah sebahagian daripada seni bina ukuran.

 

Untuk penderia arus magnetik, kedudukan konduktor relatif kepada elemen penderiaan boleh menjejaskan medan magnet yang dilihat oleh penderia.

 

Oleh itu, lukisan busbar harus termasuk rujukan datum sensor yang jelas dan bukannya bergantung pada toleransi pemasangan umum.

 

 

Kualiti kimpalan laser sangat bergantung pada geometri sambungan.

 

Untuk pemasangan busbar tembaga, tetingkap proses harus mengawal:

 

Jurang bersama

Kebersihan permukaan

Ketebalan tembaga

Keadaan penyaduran

Kuasa laser

Kelajuan mengimpal

Diameter rasuk

Kedudukan fokus

Gas pelindung

Tekanan pengapit

 

Kimpalan yang stabil hendaklah disahkan melalui keratan-logamografik dan bukannya penampilan visual sahaja.

 

Muat turun Spesifikasi Reka Bentuk Busbar

 

 

Untuk program automotif, prestasi elektrik sahaja tidak mewujudkan kesediaan pengeluaran.

 

Pakej pengesahan pengeluaran mungkin termasuk:

DFMEA

PFMEA

Pelan Kawalan

Rajah Aliran Proses

MSA

SPC

Kajian keupayaan

Laporan pemeriksaan dimensi

Sijil bahan

Pengesahan kimpalan

Data rintangan elektrik

Dielektrik menahan keputusan

Keputusan ujian terma

IMDS-maklumat bahan berkaitan jika berkenaan

Spesifikasi pembungkusan

Rekod kebolehkesanan

 

 

Ciri-ciri kritikal-kepada-kualiti hendaklah dikenal pasti sebelum pengeluaran besar-besaran.

 

Ciri-ciri tipikal CTQ termasuk:

Kedudukan lubang
Kerataan terminal
Ketebalan tembaga
Ketebalan penebat
Penembusan kimpalan
Kekuatan kimpalan
Rintangan sendi
Ketebalan penyaduran
Dielektrik tahan
Penjajaran sensor

 

Untuk proses pengeluaran jisim-yang stabil, pelanggan boleh menentukan Cpk Lebih Besar daripada atau sama dengan 1.33 atau nilai yang lebih tinggi untuk ciri kritikal yang ditetapkan.

Keperluan sebenar harus mengikut perjanjian kualiti dan pelan kawalan pelanggan dan bukannya menggunakan satu ambang keupayaan universal.

 

 

Apabila antara muka bersalut perak-dinyatakan, ketebalan penyaduran hendaklah disahkan menggunakan kaedah pengukuran yang sesuai seperti XRF.

Spesifikasi nominal seperti penyaduran Ag 3–5 µm hendaklah disertakan dengan:

Spesifikasi bahan asas

Spesifikasi underplate

Ketebalan tempatan minimum

Lokasi pengukuran

Penyediaan permukaan

Keperluan lekatan

Keperluan kakisan

Untuk busbar tembaga, penyaduran biasanya digunakan pada kawasan sentuhan elektrik yang ditentukan dan bukannya secara automatik merentasi komponen lengkap.

 

 

Lembaran data bahan menyediakan titik permulaan. Pengesahan pengeluaran mesti menilai busbar siap.

Program ujian boleh termasuk:

 

Ujian	Tujuan Utama	Titik Kawalan Biasa
Dielektrik tahan	Penebat elektrik	Tiada kerosakan
Rintangan penebat	Kawalan kebocoran	Spesifikasi pelanggan
Rintangan sendi	Kehilangan elektrik	µΩ-ukuran tahap
Kenaikan terma	Penjanaan haba	Arus/beban yang ditentukan
Kimpalan-bahagian	Kualiti gabungan	Kriteria penembusan/kecacatan
Pemeriksaan CMM	Kesesuaian dimensi	Melukis toleransi
Ketebalan penyaduran	Ketahanan kenalan	Pengukuran XRF
Berbasikal haba	Ketahanan pengembangan	Profil suhu yang ditentukan
Getaran	Ketahanan mekanikal	Profil kenderaan/sistem

 

 

Barisan pengeluaran untuk pemasangan busbar EV harus mengekalkan kebolehkesanan daripada bahan masuk melalui pemeriksaan akhir.

 

Rantaian kebolehkesanan biasa ialah:

 

Gegelung Kuprum → Lot Setem → Membentuk → Kimpalan → Pembersihan → Penebat → Penyaduran → Pemasangan → Ujian Elektrik → Pemeriksaan Akhir

Data proses kemudiannya boleh dikaitkan dengan lot pengeluaran, mesin, keadaan perkakas, operator dan rekod pemeriksaan.

 

 

Strategi perkakas harus bermula dengan seni bina pemasangan akhir dan bukannya hanya menghasilkan semula profil 2D.

 

Sebelum fabrikasi die, semakan kejuruteraan harus menilai:

Susun atur jalur

Penggunaan bahan

Arah bijirin

Urutan bengkok

Springback

Beban menusuk

Membentuk beban

Pemilihan keluli alat

Pakai permukaan

Arah Burr

Strategi datum

Lekapan kimpalan

Lekapan pemeriksaan

 

Untuk bar bas kuprum, arah burr boleh menjadi ketara secara elektrik dan mekanikal di mana tepi yang dicap terletak berhampiran penebat atau konduktor lain.

 

 

Hayat alat tidak boleh dijamin daripada nombor strok generik.

Kehidupan sebenar bergantung kepada:

Kekerasan tembaga

Ketebalan jalur

Kelegaan pemotongan

Geometri tebuk

Bahan mati

Salutan

Tekan laju

Pelinciran

Bahagian geometri

Selang penyelenggaraan

Oleh itu, perkakas hendaklah dipantau melalui had haus yang ditetapkan dan kriteria-penyelenggaraan pencegahan dan bukannya hanya bergantung pada kiraan strok terkumpul.

 

 

Proses pembangunan bar bas SiC yang boleh dipercayai harus menggunakan kedua-dua simulasi dan pengukuran fizikal.

 

Urutan kejuruteraan boleh distrukturkan sebagai:

 

Seni Bina Elektrik → Susun Atur Bas 3D → Simulasi Elektromagnet → Simulasi Terma → DFM → Perkakas → Prototaip → CMM → Pengesahan Kimpalan → Ujian Elektrik → Ujian Terma → PPAP

 

Titik kritikal ialah pemasangan yang diukur mesti berkorelasi dengan model elektrik asal.

 

Gelung 8 nH yang disimulasikan tidak mencukupi jika pemasangan yang dihasilkan mengukur 18 nH kerana geometri terminal, perkakasan pelekap atau peralihan penyambung yang dikecualikan daripada model.

 

 

Model itu hendaklah termasuk:

 

Pengalir tembaga

Peralihan terminal

Kawasan yang dikimpal

Titik sambungan kapasitor

Antara muka modul semikonduktor

Pengikat di mana berkaitan elektrik

Laluan pulang

Struktur penderia di mana ia mempengaruhi pengedaran semasa

 

Untuk analisis frekuensi tinggi-, model elektromagnet 3D yang lengkap adalah lebih baik daripada pengiraan rintangan DC yang mudah

 

 

Pengukuran rintangan harus menggunakan kaedah Kelvin empat-dawai di mana rintangan rendah dicirikan.

Pengukuran hendaklah menyatakan:

 

Uji semasa

Titik pengukuran

Suhu persekitaran

Suhu busbar

Masa penstabilan

Konfigurasi kenalan

 

Oleh kerana rintangan kuprum berubah dengan suhu, data rintangan tanpa suhu ujian yang ditentukan mempunyai nilai kejuruteraan yang terhad.

 

 

Busbar Tembaga Tersuai untuk aplikasi Pemacu EV harus dianggap sebagai pemasangan elektromagnet, haba dan mekanikal dan bukannya komponen kuprum yang dicop.

 

Untuk penyongsang daya tarikan SiC, keutamaan kejuruteraan boleh diukur:

<10 nH target for the defined high-frequency commutation loop
97–100% kekonduksian tembaga IACS bergantung pada gred
Rintangan sendi tahap µΩ-terkawal
Keupayaan terma tempatan melebihi 200 darjah jika diperlukan oleh sistem
Kekuatan dielektrik yang ditentukan dan penyelarasan penebat
Kawalan ±0.01–0.05 mm pada ciri ketepatan terpilih di mana reka bentuk membenarkan
Pengesahan dimensi berasaskan CMM-.
Pengesahan kimpalan metalografik
Pengesahan ketebalan penyaduran XRF-
Kawalan pengeluaran IATF 16949
Dokumentasi PPAP Tahap 3 apabila ditentukan oleh pelanggan

 

Busbar yang betul ialah yang model elektrik, model terma, proses pembuatan dan data pemeriksaannya menumpu pada keperluan reka bentuk yang sama.

 

 

Apakah dokumen yang biasanya disertakan dalam pakej PPAP Tahap 3 untuk bar bas penyongsang EV SiC?

Pakej PPAP Tahap 3 biasanya termasuk PSW, lukisan, rekod bahan, keputusan dimensi, PFMEA, Pelan Kawalan, aliran proses, MSA, kajian keupayaan dan laporan pengesahan yang berkenaan.

 

Berapa lama alat T1 dan pensampelan prototaip diambil untuk bar bas penyongsang kuprum tersuai?

Kitaran pembangunan T1 biasa boleh dirancang sekitar 20–30 hari, bergantung pada geometri,-kerumitan acuan progresif, lekapan kimpalan, ketersediaan bahan dan kelulusan lukisan pelanggan.

 

Bagaimana ketebalan penyaduran perak disahkan pada aterminal busbar tembaga?

Ketebalan penyaduran perak biasanya disahkan oleh pengukuran XRF di lokasi pemeriksaan yang ditentukan. Lukisan hendaklah menyatakan ketebalan minimum, kawasan ukuran, substrat dan keperluan plat bawah.