적층 버스바 부유 인덕턴스 최적화 가이드: SiC 인버터에서 전압 스파이크 및 스위칭 손실을 줄이는 방법

기존 실리콘 IGBT에서 실리콘 카바이드(SiC) 장치로 전력 전자 시스템을 전환하는 과정에서 중요한 문제가 점차 대두되었습니다. SiC 장치는 스위칭 속도가 매우 빠르지만 시스템의 부유 인덕턴스는 성능을 심각하게 저하시킬 수 있습니다. 기생 인덕턴스로 인해 발생하는 전압 스파이크와 고주파-진동은 장치 안전을 위협할 뿐만 아니라 SiC의 성능 이점을 크게 감소시킵니다. 고밀도-밀도 적층 버스바는 이러한 병목 현상을 해결하는 핵심 구조 솔루션입니다. 이 기사에서는 적층 부스바가 인덕턴스를 줄일 수 있는 이유와 실제 응용 분야에서 이를 선택하는 방법에 대해 설명합니다.

I. SiC 장치는 더 빠르지만 부유 인덕턴스가 주요 장애물이 됩니다.

SiC MOSFET은 실리콘 장치보다 10배 이상 빠른 속도로 스위칭하여 더 높은 전력 밀도와 효율성을 제공합니다. 그러나 반전은 빠른 스위칭이 더 높은 전류 변화율(di/dt)로 이어진다는 것입니다. V=L × di/dt 공식에 따르면, 단지 몇 나노헨리의 부유 인덕턴스라도 장치 전반에 걸쳐 수백 볼트의 전압 스파이크를 생성할 수 있습니다. 이러한 스파이크는 버스 전압에 중첩되며, 장치의 내전압 한계를 초과하면 파손되어 소진됩니다.

더 문제는 부유 인덕턴스가 SiC 장치의 출력 정전 용량과 공진하여 고주파-진동(링잉)을 생성할 수도 있다는 것입니다. 이러한 진동으로 인해 스위칭 손실이 증가하고 장치가 과열될 뿐만 아니라 심각한 전자기 간섭이 발생하여 시스템이 EMC 인증을 통과하지 못하게 됩니다. 안전을 위해 엔지니어는 내전압이 더 높은 모듈을 선택하거나(비용 및 손실 증가) 게이트 저항을 높여 스위칭 속도를 늦추는 것(SiC의 고주파수 이점을 직접적으로 낭비함)과 같이 절충해야 하는 경우가 많습니다.- 3층-겹 적층 부스바의 출현은 구조적 수준에서 이 문제를 근절하는 것을 목표로 합니다.

II. 고전력 변환기의 적층 부스바가 인덕턴스를 감소시키는 이유는 무엇입니까?-

기존 버스바에는 순방향 전류와 역방향 전류가 멀리 떨어져 있는 두 개의 별도 도체가 있습니다. 이들이 생성하는 자기장은 서로 상쇄될 수 없으므로 높은 부유 인덕턴스가 발생합니다. 고전력 변환기의 적층 부스바의 핵심 아이디어는 순방향 및 역방향 도체를 함께 쌓아 매우 가깝게 작동하도록 만드는 것입니다. 전류 방향은 반대이고 자기장 방향도 반대입니다. 두 자기장이 서로 상쇄되어 부유 인덕턴스를 기존 솔루션의 1/10{4}} 이하로 줄입니다.

제품 분류 관점에서 볼 때 적층 버스바는 일반적인 전도성 버스바가 아니라 정밀하게 설계된 구조를 갖춘 수동 전력 구성 요소입니다. 레이어 수에 따라 일반적인 구조에는 3개, 4개 또는 5개의 레이어가 포함됩니다. 레이어가 많을수록 전류 경로가 더 작아지고 인덕턴스가 낮아집니다. 인버터의 핵심 연결 부품인 인덕턴스 값은 전체 인버터의 동적 성능의 상한을 직접적으로 결정합니다.

III. 다양한 적용 시나리오에 맞게 적층 버스바를 선택하는 방법은 무엇입니까?

선택의 핵심 논리는 먼저 전압 레벨을 고려한 다음 전류 용량, 마지막으로 설치 공간을 고려하는 것입니다.

신에너지 차량은 현재{0}}램비네이티드 버스 바의 적용 분야에서 가장 빠르게 성장하고 있습니다. 전기 자동차용 적층 버스 바는 자동차-등급 진동 및 온도 사이클링 요구 사항을 충족하면서 매우 작은 공간 내에서 수백 암페어의 전류를 전달해야 합니다. 일반적으로 낮은 인덕턴스와 높은 신뢰성의 균형을 맞추기 위해 다층 복합 구조를 사용합니다.

철도 운송 부문은 매우 높은 안전 요구사항을 가지고 있습니다. 지하철 램비네이티드 버스 바는 지하 터널의 밀폐된 환경에서 전자기 간섭을 제어하는 ​​동시에 방폭-, 내화-, 부식{3}}방지에 대한 엄격한 표준을 충족해야 합니다. 따라서 고전압 방폭형-인버터 버스바와 같은 보호 설계를 갖춘 제품이 선택되는 경우가 많습니다.

3{0}}레벨 인버터와 같은 복잡한 토폴로지의 경우 3-레벨 인버터용 램비네이티드 버스 바는 단일 버스바 내에 여러 양극 및 음극 버스를 통합해야 하므로 구조적 복잡성이 높아지고 층간 절연 및 정렬 정확도에 대한 요구 사항이 더욱 엄격해집니다. 복잡한 버스바 설치를 위한 적층형 버스바는 산업용 주파수 변환기, 에너지 저장 시스템 및 기타 애플리케이션용으로 설계되었으며 맞춤형 다중-분기 설계를 지원합니다.