قضبان التوصيل العاكسة المصفحة: مبدأ تقليل الحث الطفيلي والاعتبارات الأساسية لتصميم التيار العالي

تنبع الميزة الأساسية للقضيب النحاسي الرقائقي من بنيته الرقائقية "الساندويتشية"-حيث يتم تكديس طبقات النحاس الموصلة الإيجابية والسلبية معًا بإحكام من خلال وسط عازل (مثل بوليميد أو راتنجات الإيبوكسي)، مما يشكل حلقات موصلة ذات اتجاهات تيار متعاكسة ومواضع مكانية متداخلة. عندما يتدفق تيار-عالي التردد{3}}عالي خلاله، يولد التيار الموجود في طبقات النحاس الموجبة والسالبة مجالات مغناطيسية ذات حجم متساوٍ ولكن في اتجاه معاكس. تلغي هذه المجالات المغناطيسية بعضها البعض، مما يضعف بشكل كبير ارتباط التدفق المغناطيسي الكلي للحلقة، وبالتالي يقلل بشكل كبير من الحث الطفيلي. تظهر بيانات القياس الفعلية أن قضيب النحاس الرقائقي بطول 200 مم، وعرض 100 مم، وسمك 0.5 مم يمكنه التحكم في الحث الطفيلي إلى 3-5nH، في حين أن الحث الطفيلي لقضيب التوصيل المتوازي من نفس الحجم يمكن أن يصل إلى 110nH، بفارق يزيد عن 20 مرة. لا تعمل خاصية الحث المنخفض هذه على منع ارتفاع الجهد فحسب، بل تقلل أيضًا من خسائر التبديل، وتقلل من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI)، وتحسن كفاءة النظام وموثوقيته بشكل عام.

يتطلب تصميم قضبان الناقل المصفحة للاتصالات الانتباه إلى أربعة عناصر أساسية: أولاً، يجب أن تكون طبقات النحاس الموجبة والسالبة متوازية ومتداخلة تمامًا لتعظيم مساحة التداخل للمسار الحالي وتقليل مساحة الحلقة المتبقية؛ ثانيًا، يجب تقليل سماكة الطبقة العازلة قدر الإمكان، ومن الناحية النظرية، كلما كانت المسافة أصغر، زاد تأثير إلغاء المجال المغناطيسي؛ ثالثًا، يجب أن يتم تصميم عرض شريط الناقل الرقائقي بشكل معقول، حيث يمكن لطبقة نحاسية أوسع أن تعزز انتظام توزيع التيار تحت تأثير الجلد عالي التردد -وتزيد من تثبيط الحث؛ رابعًا، يجب ترتيب مواضع فتحة التثبيت بشكل متناظر لضمان تقليل مسافة الاتصال بين أجهزة الطاقة (مثل IGBTs) ومكثفات دعم التيار المستمر، مما يقلل من محاثة الحلقة الإضافية. بالإضافة إلى ذلك، تتميز قضبان التوصيل العاكسة أيضًا بمزايا مثل القدرة الاستيعابية العالية للتيار (3-5 أمبير/مم² لكل وحدة مساحة مقطعية عرضية)، وكفاءة عالية في تبديد الحرارة (هيكل نحاسي رقيق متعدد -طبقات يزيد من مساحة تبديد الحرارة)، وبنية مدمجة (يحل التصميم المتكامل محل الكابلات المتناثرة)، وتستخدم على نطاق واسع في سيناريوهات التيار العالي مثل محولات مركبات الطاقة الجديدة، ومحولات تخزين الطاقة الكهروضوئية، والتردد الصناعي المحولات، وأنظمة الجر النقل بالسكك الحديدية.

يتطلب قياس الحث الطفيلي إجراء -اختبار نبض مزدوج، وهو أسلوب اختبار -معياري في الصناعة. أثناء الاختبار، يجب إنشاء دائرة نصف-جسر. يتم تطبيق إشارة نبض - مزدوجة من خلال المفتاح الجانبي المنخفض -، ويتم قياس جهد باعث المجمع - (Vce) وأشكال الموجات الحالية لجهاز الذراع العلوي - (مثل IGBT). من المهم تحديد -تشغيل عابر (بدلاً من -إيقاف عابر) للقياس، حيث يكون التغيير الحالي أكثر استقرارًا عند التشغيل-، مع تجنب التداخل من تيار الاسترداد العكسي للصمام الثنائي الحر. وفقًا للصيغة L=ΔVce / (di/dt)، يمكن حساب المحاثة الطفيلية الإجمالية للحلقة من خلال قراءة ارتفاع الجهد (ΔVce) ومعدل التغير الحالي (di/dt) عند المنعطف - في اللحظة. في القياسات الفعلية، تكون المحاثة الطفيلية للحلقة باستخدام موصلات قضبان التوصيل المصفحة عادةً حوالي 75 نانو هيدروجين، في حين تتجاوز محاثة قضبان التوصيل المتوازية التقليدية 200 نانو هيدروجين، مما يؤكد المزايا المهمة للهيكل الرقائقي.

عند اختيار مصدر طاقة، يجب اختيار الحل المناسب بناءً على التصنيف الحالي: بالنسبة للتطبيقات التي تقل عن 100 أمبير، يمكن استخدام حلول الطاقة التقليدية لقضيب التوصيل المصفح بطبقة عازلة بسمك 0.2-0.3 مم؛ بالنسبة لتطبيقات 100-500 أمبير، يلزم وجود طبقة نحاسية أكثر سمكًا وطبقة عازلة بسمك 0.3-0.5 مم؛ بالنسبة لتطبيقات 500-1000 أمبير، من الضروري وجود هيكل مكدس متعدد الطبقات بسماكة طبقة عازلة تبلغ 0.5 مم؛ وبالنسبة للتطبيقات التي تزيد عن 1000 أمبير، يلزم تصميم مخصص، مع تحسين توزيع التيار وقوة الدائرة القصيرة من خلال المحاكاة. يجب أن تلتزم عملية التصميم بمبدأ تقليل مساحة الحلقة الحالية، مع الأخذ في الاعتبار أيضًا متطلبات تبديد الحرارة والقوة الميكانيكية. بالنسبة لتطبيقات الجهد العالي، يجب أيضًا التحقق من تصنيف جهد تحمل العزل.