積層シャントおよびバスバーのインダクタンス最適化技術の包括的解析: 原理から有限要素シミュレーションの実践まで

積層パワーバーの低インダクタンスの原理
積層電源バーの低インダクタンスの背後にある動作原理は次のとおりです。導体のインダクタンスは、導体の形状、電流の整流経路の距離、並列導体配置に固有の低インダクタンスの形状によって決まります。-インダクタンスを最小限に抑えるために、積層パワーバーは導体を非常に近接して配置します。場合によっては、正極と負極の導体の間隔が 100 マイクロメートル未満になることがあります。

比較例はこの利点を示しています。長さ 1 メートル、間隔 1 ミリメートルの 1 対の平行導体は、約 0.4 マイクロヘンリーのインダクタンスを持ちます。この値はマクロスケールの回路では低く見えるかもしれませんが、パワー エレクトロニクス アプリケーションではナノヘンリー範囲のインダクタンス レベルが必要です。{4}}積層バスバー構造を利用することで、同じ寸法の等価インダクタンスを 50 ナノヘンリーまで削減できます。-これは 88% の削減です。さらに、高性能の絶縁材料を使用して 2 つの導体の間隔を 0.2 ミリメートルに縮小すると、インダクタンスを 20 ナノヘンリー未満に下げることができます。-この緻密な積層構造を実現するには、PET絶縁紙を使用したバスバーが鍵となります。 PET 紙は信頼性の高い電気絶縁を提供するだけでなく、その薄いプロファイルにより導体間隔を最小限に抑えることもできます。

実際のアプリケーションの複雑さとシミュレーション ベースの最適化の必要性{0}

前述した並列導体の理想的なモデルは、基本原理の理解と簡単な計算を容易にしますが、実際のバスバーははるかに複雑な形状を特徴とし、幅広い設計要件を満たす必要があります。これらには、接続端子 (半導体デバイス、コンデンサ、電源ケーブル、またはその他のバスバーへのリンク)、特定の電圧定格の絶縁、適切な放熱、コンポーネントの取り付け、および製造性が含まれます。可変周波数ドライブ (VFD) アプリケーションでは、さまざまな周波数での高調波特性と熱管理のニーズも考慮する必要があります。

従来、バスバーのインダクタンスは実験室か、高度に専門化された機器、綿密なセットアップ、少なくとも 1 つの物理プロトタイプの製造を必要とする現場プロセスで測定されてきました。{0}さらなる課題は、バスバーの形状のわずかな変更でもインダクタンスに大きな影響を与える可能性があり、物理プロトタイピングによる反復テストと最適化が困難になることです。対照的に、有限要素シミュレーションでは物理的なプロトタイプが必要ありません。設計の改善は 3D モデル内で簡単に実装できるため、低インダクタンスのソリューションに向けた迅速な反復が可能になります。-さらに、シミュレーションにより電流分布や熱プロファイルなどの特性を同時に解析できるため、高度に最適化された製品が得られます。データセンターのバックプレーン配電アプリケーションでは、シミュレーション-ベースの最適化により、低インダクタンスと均一な電流分配という 2 つの要件を満たすことが可能になります。