原创 层叠式直流母线结构

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众所周知，直流侧储能电容到功率器件中的连接可以使用的材料主要有如下
1.印刷电路板(PCB)，因为铜层的厚度有限，主要用于小功率的场合；

2.电缆绞线，价格便宜，使用方便，但其自感和互感非常大，导致性能很差；
3.铜条/板，应用广泛，使用方便，但彼此之间的互感依然较大；
4.层叠式直流母线结构。
    层叠直流母线可以非常有效的降低回路的寄生电感。此种结构是指将多层铜板叠放在一起，层与层间使用绝缘导热材料制成的薄膜隔离，并粘合封装到一起的一种直流电容和功率器件连接结构。它具有的优点有:
a)减少电感，扁而平的并行导体可以有效减少自感，而且层叠铜板中流过相反方向的电流，可以很大程度的抵消产生的磁场，减少寄生互感；
b)增加导电面积，减少阻抗；
c)降低成本，提高可靠性，工业应用中，母线排可以统一批量生产，其整体的结构减少了烦琐的连线，根除了接线错误。可以使电力电子装置具有更简洁坚固的结构，更可靠的性能。大量生产时更可降低装配的人工成本；
d) EMI屏蔽性能，IGBT器件一般都安装在母线排的一侧，铜板不仅可以改善电压电流波形减少EMI的根源，而且对电磁辐射干扰也有很好的屏蔽作用；

e)改善热特性，呈平板形状的铜层以及层与层之间的导热材料对于产品的热传导性能，通风情况都有很大改善。为产品热设计提供方便。

    功率器件开关动作时的电压电流应力和主回路中的寄生电感有着非常大的关系。IGBT处理一定的di/dt时，产生的电压尖峰是和寄生电感大小成比例的，而且di/dt自己也受到寄生电感的影响。在功率器件工作在感性负载下，器件开通时，意味着其对应的反并二极管的关闭，二极管表现反向恢复特性，在此期间较大的电流从二极管中通过，对应着就产生电压尖峰。此电压尖峰可以导致很恶劣的问题，如造成器件过压，增加输出谐波，产生严重EMI源等，通常是我们着力想要避免的。通过调整选择合适的门级驱动电阻可以控制器件的开通速度，驱动电阻选的大一点，开通速度就慢一些，二极管的反向恢复问题可以得到相应的抑制，但同时也会导致功率期间中更大的交换损耗。合适选取驱动电阻的大小可以得到一个比较折中的结果。但是器件的关断时间受驱动电阻的影响不大。电压电流尖峰就直接决定于外部参数(寄生电感/电容)的影响，寄生电容主要决定于功率器件内部的结构，寄生电感则取决于器件的外部导体的排列情况。所以为了提高系统的性能，保证系统的可靠性，减小开关过程中产生的电应力，必须尽可能的减少线路中的寄生电感。可以通过在线路中增加吸收电容来减小系统开关管中产生的浪涌电压，但是这无疑增加了系统的成本。而采用层叠式直流母线可以直接减小系统中的寄生电感，为减小浪涌电压提供了一个比较好的解决方案。
    系统中直流母线端需要有三块铜板来做直流母线:一是直流端的正极P，二是直流端的负极N，三是直流端的零线端O，和负载端的中线相连。它们相互间的结构示意图如图2.2所示。在三相负载比较平衡时，零线O端基本上没有电流流过，仅仅是以有厚度的铜板，这样可以把P端和N端的电磁辐射和干扰屏蔽掉，保证IPM模块的正常工作。