【導(dǎo)讀】電源轉(zhuǎn)換行業(yè)在產(chǎn)品性能、成本和制造質(zhì)量方面面臨著越來(lái)越大的壓力。這種趨勢(shì)給轉(zhuǎn)換器子組件帶來(lái)了具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)限制，導(dǎo)致效率、可靠性和成本效益下降。
電源轉(zhuǎn)換行業(yè)在產(chǎn)品性能、成本和制造質(zhì)量方面面臨著越來(lái)越大的壓力。這種趨勢(shì)給轉(zhuǎn)換器子組件帶來(lái)了具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)限制，導(dǎo)致效率、可靠性和成本效益下降。
適當(dāng)設(shè)計(jì)的互連 LBB 可以有效減輕高功率轉(zhuǎn)換器的過沖電壓、電磁干擾、開關(guān)損耗和熱應(yīng)力。此步驟是強(qiáng)制性的，以避免可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器故障的嚴(yán)重故障。（圖1）。
圖 1. 尺寸 過小的元件對(duì)轉(zhuǎn)換器質(zhì)量的影響。圖片由 Bodo ’s Power Systems提供
隨著電壓水平的升高，多電平轉(zhuǎn)換器拓?fù)涫窍拗?dv/dt 應(yīng)力的解決方案，但這使機(jī)械設(shè)計(jì)和每個(gè)導(dǎo)體之間的電氣相互作用的定義變得復(fù)雜。
可靠、準(zhǔn)確地確定這些參數(shù)對(duì)于緊湊性、安全性、電氣魯棒性以及熱和磁性能問題至關(guān)重要。
Bus Bar Calculator? 是 LBB 制造商 MERSEN 和 GT-PowerForge 軟件開發(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(zhǔn)確地收集轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行狀況。
部分詳細(xì)介紹了主要的 LBB 設(shè)計(jì)約束。在第二部分中，詳細(xì)介紹了基于軟件的解決方案如何幫助收集約束。
母線約束
開關(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(zhuǎn)換器超過擊穿電壓，雜散電感需要化。該參數(shù)取決于互連的幾何形狀和結(jié)構(gòu)，例如母線，如圖 3 所示。
從幾 kHz 到幾百 kHz 的開關(guān)頻率會(huì)產(chǎn)生電流諧波，需要對(duì)其進(jìn)行識(shí)別以解決熱問題。事實(shí)上，如果 LBB 導(dǎo)體冷卻或設(shè)計(jì)不當(dāng)，由于趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，這些諧波可能會(huì)使系統(tǒng)過熱。
圖 2. 電感對(duì)浪涌電壓的影響。圖片由 Bodo’s Power Systems提供
圖 3. 轉(zhuǎn)換器的電氣圖。圖片由 Bodo’s Power Systems提供
為了說(shuō)明這一現(xiàn)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銅棒的電流頻率的函數(shù)關(guān)系。
圖 4. 不同頻率下電流密度和熱加熱的集膚效應(yīng)。圖片由 Bodo’s Power Systems提供
這些結(jié)果來(lái)自 Comsol Multiphysics?，這是一款跨平臺(tái)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(dǎo)致熱點(diǎn)區(qū)域的溫度升高 35°C，這可能會(huì)使 LBB 分層，終導(dǎo)致導(dǎo)體短路。
更一般而言，dv/dt 增加的趨勢(shì)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(duì)正確的應(yīng)用參考正確的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)正確定義電氣測(cè)試電壓和絕緣配合，包括電氣間隙和爬電距離。
必須區(qū)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(shè)計(jì)過程中的所有這些關(guān)鍵要素（電感、熱量、局部放電、絕緣距離）都會(huì)導(dǎo)致相反的要求，并且應(yīng)特別注意熱、電和磁約束之間的折衷。任何類型的偏差都可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器立即或延遲發(fā)生故障，從而可能帶來(lái)人類風(fēng)險(xiǎn)。
目前還沒有轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)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(xiàn)更好的設(shè)計(jì)過程和優(yōu)化。
借助 Bus Bar Calculator，可以將轉(zhuǎn)換器的完整運(yùn)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(jì)算設(shè)計(jì) LBB 所需的轉(zhuǎn)換器輸出。它致力于通過其完整設(shè)計(jì)的所有利益相關(guān)者標(biāo)準(zhǔn)化和傳達(dá)母線技術(shù)要求，并在設(shè)計(jì)階段開始時(shí)考慮限制。
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