叠层母排在合康高压变频器上的应用_1.docx

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1、叠层母排在合康高压变频器上的应用叠层母排在合康高压变频器上的应用导语：叠层母排在合康高压变频器上的应用20世纪80年代以来，以IGBT为代表的双极型复合器件迅速开展，使得电力电子器件沿着高电压、大电流、高频化、模块化的方向开展。随着我国高压变频器广泛应用于我国国民经济各个行业，高压变频器朝着体积更小、构造更加紧凑、功率密度高的方向开展。在此根底上对高压变频器系统的可靠性提出了更高的要求。目前，合康高压变频器均采用叠层母排作为滤波电容与功率模块的连接部件，与传统的、粗笨的、费时及费事的配线方法相比，使用叠层母排可以提供当代的、易于设计、安装快速及构造明晰的配电系统。一、高压变频器未使用叠层母排时

2、存在的尖峰电压影响在高压变频器功率回路中，IGBT的关断尖峰电压是由于通过IGBT的电流在IGBT的关断时而产生的瞬时高电压。现以感性负载半桥电路关断经过加以讲明如图1。图1感性负载半桥电路关段经过图2尖峰电压波形图假设Q2截止，Q1处于开通状态。假设主回路为理想电路且不存在寄生电感，当Q1由导通变截止时，由于感性负载电流不能突变，将通过续流二极管D2续流，以构成电流回路。此时Q1上的电压将上升，直到它的值到达比母线电压Ed高出一个二极管的压降值才停顿增加。但在实际的功率电路中存在寄生电感，如图中的等效寄生电感LS。当Q1截止时，电感LS阻止负载电流I0向Q2的续流二极管D2切换。在电感LS两

3、端产生阻止母线电流增加的电压，它与电源电压相叠加形成尖峰电压如图2并加在Q1的两端。该尖峰电压一方面增加了开关损耗，在极端情况下，该尖峰电压会超过IGBT的VCES额定值，并损害IGBT。等效寄生电感分布于整个功率电路中，主要由母线寄生电感和功率模块寄生电感等组成，分布电感量越大，负载电流越大，功率开关di/dt越短，这种危害就越严重，且这种危害不会由于功率开关器的选择而消失。二、叠层母排对抑制尖峰电压起到的作用高频化、大功率电压控制型功率器件在开关经过中，由于母线寄生电感和功率模块自身电感的影响，会产生很高的尖峰电压，这种尖峰电压一方面增加了开关损耗，使系统发热增加，另一方面过高的尖峰电压会

4、影响功率模块正常工作。因此，必须将开关经过的尖峰电压限制在允许范围内。降低开关经过中尖峰电压的途径有两种：一是通过选择适宜的栅极驱动电阻来减小di/dt，进而减小尖峰电压，但弊端是导致dv/dt减小，开通时间和关断时间延长，进而增加开关损耗；二是减少直流回路功率母线的分布电感(寄生电感)，这种方式通常采用叠层母排来降低尖峰电压。叠层母排如图3，其构造是将两层或者多层铜排叠在一起，铜板层与层之间用绝缘材料进展电气隔离，通过相关工艺将导电层和绝缘层压制成一个整体。它的上风是将连接线做成了扁平的截面，在同样的电流截面下增大了导电层的外表积，同时导电层之间的间隔大幅降低，由于邻近效应使得相邻导电层流过

5、相反的电流，它们产生的磁场互相抵消，进而使得线路中的分布电感大幅降低。图3合康叠层母排实物图合康高压变频器采用设计优良的低电感叠层母排作为滤波电容与功率模块的连接部件如图4，不仅可以大幅降低尖峰电压，还可省去吸收电路，降低IGBT的选型电压，进步了系统的可靠性及平安性。图4叠层母排用于高压变频器实物图三、叠层母排的其他优点1、进步系统可靠性传统母线由于考虑空间大小及载流情况，一般选用又厚又窄的铜排，不仅电阻大，散热差导致系统温升高，而且加工困难，安装繁琐。而使用叠层母排(如图5中新构造示意图)，其构造设计简洁明晰，整体化安装，便于装配和现场维护，进步消费装配速度及降低了装配出错率，进而降低整机

6、装配的人工本钱；其次构造设计集成度高，方便产品系列化和模块化，进步产品可靠性。图5左：原构造示意图右：新构造示意图2、低阻抗，高容值，有效简化IGBT吸收电路叠层母排采用的绝缘纸厚度相对较薄，介电常数K相对较高，所以叠层母排的电容相对较大，即相当于增加了系统电容；另外，叠层母排的物理构造特点也决定了它相对于传统母排具有均匀且高的分布电容、低的串联电感、低的系统阻抗的特性如图6中方案1，可以有效简化IGBT吸收电路。图6电气性能比拟3、使用更平安部分放电是指绝缘内部产生的部分漏电现象，会导致系统绝缘快速老化，这将是高压变频器面临的一个严重的平安隐患。造成部分放电的原因有：一是大于即是直流1kV的

7、高电压；二是不同电压等级间的内绝缘和铜板间有气隙。叠层母排的绝缘层和铜板间用胶粘剂热压后完全贴合，无任何气隙。出厂前进展100%部分放电率测试，绝缘寿命超过20年，在整个变频器使用经过中免维护，解决了变频器因长期运行而引发的平安隐患问题。4、散热效果更佳叠层母排较低的阻抗特性可以以更低的电压降实现高电流承载才能，加上较高的容值储存了更多的热能，所以叠层母排比传统母排更轻易散热冷却，可以有效地降低系统温升。此外叠层母排的扁平构造提供了更佳的散热效果，宽而薄的导体对系统中空气的流动特别有利。由于整体尺寸减少，系统散热的本钱也随之减少。叠层母排不仅可以使系统构造更加紧凑，还可以通过圆滑设计改良热流动

8、。5、对抗恶劣环境使用传统别离式母排，振动、盐雾、冰雪和粉尘环境会对母排造成平安威胁：长期振动可能造成别离式母排连接处松动解体，海上的潮气假如渗入绝缘体内将导致层间击穿，粉尘累积可能导致爬电击穿，冰雪天气可能使铜排受潮凝露，导致爬电击穿等。而使用叠层母排，高强度整体粘结保证长期不松动，同等电流下可以使铜排尽量减薄，用弹性补偿振动影响，全密闭构造防止潮气渗入，绝缘材料封装消除了爬电击穿的威胁，这些特点说明使用叠层母排可以整体进步系统对抗恶劣环境的才能。四、完毕语高压变频器运行时，IGBT工作在大电流的高频通断状态下，由于线路电感和器件寄生电感的存在，在IGBT关断时会产生电压尖峰施加在IGBT上，严重影响IGBT的工作状态，降低设备运行的可靠性。通过上述叠层母排的特点，叠层母排在合康高压变频器上的应用，可以有效地降低线路的分布电感，抑制尖峰电压，减小涡流热效应，大大简便设备装配及维护，对于改善变频器的整体系统性能，进步系统的可靠性特别有利。