Isolasjonsmaterialer for laminerte samleskinner – en kort diskusjon av fleksibel og stiv isolasjon og deres parametere

En laminert samleskinne er en elektrisk forbindelseskomponent som består av flere lag med ledere og isolasjonsmaterialer. Den er mye brukt i elektroniske systemer med høy-effekt-tetthet og kompakt kraft, for eksempel laminerte lavinduktive samleskinner og kobberlaminerte samleskinner. Dets kjernedesignmål er å forbedre den generelle systemeffektiviteten og påliteligheten ved å optimalisere den elektriske feltdistribusjonen og parasittinduktansen gjennom en tre-dimensjonal struktur samtidig som kravene til høyspenning og høystrømoverføring oppfylles. Typiske bruksområder inkluderer laminerte samleskinner i høy-omformere og laminerte samleskinner for DC-strømdistribusjonssystemer.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Strukturelt bruker laminerte samleskinner vanligvis fleksible isolasjonsmaterialer laminert med ledere for å danne grunnleggende ledende enheter. Denne strukturen er også kjent som en delvis laminert samleskinne eller en flerlags komposittstrukturkoblingsskinne. Under en varm-pressingsprosess er det fleksible isolasjonsmaterialet tett bundet til lederen gjennom klebelag, og danner en effektiv tetning ved lederkantene, og opprettholder dermed stabil isolasjonsytelse selv i komplekse miljøer. Vanlige fleksible isolasjonsmaterialer inkluderer polyester (PET) og polyimid (PI), hvor PET er den mest brukte i trelags laminerte samleskinner og standardiserte samleskinneprodukter på grunn av dens omfattende ytelsesfordeler.

 

Polyestermaterialer har en moderat temperaturmotstand (vanligvis 105 grader), og opprettholder stabile mekaniske og elektriske egenskaper under langsiktige termiske syklusforhold. Dens forlengelse kan overstige 100 %, noe som gjør den mindre utsatt for riving eller tykkelsesreduksjon under bøying og kantbinding. Videre har PET en høy relativ sporingsindeks (CTI), noe som effektivt reduserer kryperisiko, som er spesielt kritisk for høyspenningsapplikasjoner som høyspenningseksplosjons-sikre invertersamleskinner. Selv om PET oppfyller flammehemmende karakterer (f.eks. V0), er PET også tilgjengelig i forskjellige tykkelser (f.eks. 50 μm til 350 μm) for å tilpasse seg ulike spenningsnivåer og strukturelle designkrav, og tilbyr dermed høy allsidighet i applikasjoner som laminerte samleskinner for tre-nivåvekselrettere og tilpassede samleskinnene for IGBT-laminerte.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I motsetning til dette er polyimidmaterialer (PI) høyytelsesisolasjonsmaterialer med høyere temperaturmotstand (RTI overstiger vanligvis 200 grader), noe som gjør dem egnet for applikasjoner som involverer høy-temperatursveising eller høye lokaliserte varmebelastninger, for eksempel strukturer som involverer sveising av kondensatorer eller elektroniske komponenter i laminerte samleskinner. PI-materialer har større mekanisk stivhet og er mindre utsatt for avslapning under lang-belastning, noe som bidrar til å opprettholde stabiliteten til den forseglede strukturen. CTI-ytelsen deres er imidlertid relativt lav, og krever vanligvis en større krypeavstandsdesign, noe som gjør dem mer egnet for miljøer med medium- og lav-spenning, for eksempel noen DC-Link Capacitor Laminated Bus Bars eller DC Support Capacitor Laminated Bus Bars-applikasjoner.

 

I et komplett laminert samleskinnesystem brukes fleksibel isolasjon hovedsakelig for elektrisk isolasjon og tetting mellom ledersjikt, mens stive isolasjonsmaterialer brukes til strukturell støtte og elektrisk isolasjon mellom samleskinnemontasjer. Tykkelsen på stiv isolasjon er vanligvis direkte relatert til systemets spenningsnivå; et generelt designprinsipp er ca. 1 mm stivt isolasjonsmateriale per kilovolt. I høyspentsystemer, for eksempel laminerte samleskinner for stor-tilbake{5}}til-omformere med stor kapasitet eller invertersamleskinner for jernbanetrafikk og t-banesystemer, kreves det vanligvis stive isolasjonslag med tykkelser mellom 1 mm og 6 mm for å møte delvis utladningskontroll og langsiktige driftskrav{{9}

 

Når det gjelder nøkkelytelsesparametere, er den relative temperaturindeksen (RTI) og den relative sporingsindeksen (CTI) viktige indikatorer for å evaluere isolasjonsmaterialer. RTI måler et materiales evne til å opprettholde ytelsen under-langsiktige termiske aldringsforhold; levetidsvurderingen er vanligvis basert på akselererte aldringstester som overstiger 20 000 timer og følger et eksponentielt forhold mellom temperatur og levetid. CTI gjenspeiler et materiales motstand mot sporing i forurensede miljøer og er avgjørende for design av krypeavstand i høyspenningssystemer. Videre påvirker forlengelsen av materialet direkte dets tilpasningsevne under bearbeiding og er en av nøkkelparametrene for å evaluere tetningsytelse og mekanisk pålitelighet.

 

Ytelseskravene til isolasjonsmaterialer i laminerte samleskinner varierer betydelig på tvers av ulike bruksområder. I industrielle høyspenningsapplikasjoner, for eksempel høyspenningseksplosjons-sikre invertersamleskinner eller strømkonverteringssystemer i stor skala, varierer driftsspenningene vanligvis fra 1000V til 6000V. Disse applikasjonene krever ekstremt høye standarder for kontroll av delvis utladning, elektrisk isolasjonsytelse og lang-levetid. Derfor kreves det en kombinasjon av fleksible og stive isolasjonsdesign, med høy CTI-materialer som det foretrukne valget. I sektoren for nye energikjøretøyer, for eksempel høy termisk konduktivitet metallisert filmkondensator bussbarer for EV-kontrollsystemer, er systemspenningene vanligvis under 800V. Kravene til isolasjonsytelse er relativt lavere, med større vekt på lettvektsdesign, varmebestandighet og kompatibilitet med monteringsprosesser. Derfor tilbyr PI-materialer visse fordeler i spesifikke sveisede strukturer.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Videre, i enkelte ikke-laminerte strukturer eller enkeltlederapplikasjoner, kan pulverlakkisolasjon også brukes, dvs. pulver-lakkerte laminerte samleskinner med dielektriske beleggtykkelser mellom 0,2 mm ~ 3,00 mm. Denne prosessen er egnet for å isolere ledere med komplekse former, for å oppnå god overflatedekning og tetning. På grunn av vanskelighetene med å kontrollere isolasjonskonsistensen ved lederkanter og skarpe hjørner, brukes den vanligvis ikke i høy-presisjonslaminerte samleskinnesystemer, for eksempel i krevende applikasjoner som tilpasset kobberinverter-laminert samleskinne for elektrisk installasjon.

 

Samlet sett, som typiske passive elektroniske komponenter for laminert samleskinne, er ytelsen til laminerte samleskinner svært avhengig av valg av isolasjonsmaterialer og strukturell design. Ved å matche fleksible og stive isolasjonsmaterialer på riktig måte og vurdere spesifikke bruksscenarier (som fLaminerte samleskinner for komplekse samleskinneinstallasjoner), høyere effekttetthet og systemintegrasjon kan oppnås samtidig som elektrisk sikkerhet sikres.