Izolačné materiály pre laminované prípojnice – Stručná diskusia o flexibilnej a tuhej izolácii a ich parametroch

Vrstvená prípojnica je komponent elektrického spojenia zložený z viacerých vrstiev vodičov a izolačných materiálov. Široko sa používa v-výkonových-systémoch s vysokou hustotou a kompaktných výkonových elektronických systémoch, ako sú laminované nízkoindukčné zbernice a medené laminované zbernice. Hlavným cieľom návrhu je zlepšiť celkovú efektívnosť a spoľahlivosť systému optimalizáciou distribúcie elektrického poľa a parazitnej indukčnosti prostredníctvom trojrozmernej štruktúry a zároveň splniť požiadavky prenosu vysokého napätia a vysokého prúdu. Medzi typické aplikácie patria laminované prípojnice vo vysokovýkonných meničoch{6} a laminované prípojnice pre systémy distribúcie jednosmerného prúdu.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Konštrukčne laminované prípojnice zvyčajne používajú flexibilné izolačné materiály laminované vodičmi na vytvorenie základných vodivých jednotiek. Táto štruktúra je tiež známa ako čiastočne laminovaná prípojnica alebo viacvrstvová spojovacia lišta zloženej konštrukcie. Počas procesu lisovania za horúca- je flexibilný izolačný materiál pevne spojený s vodičom pomocou adhéznych vrstiev, čím sa vytvára efektívne tesnenie na okrajoch vodičov, čím sa zachováva stabilný izolačný výkon aj v zložitých prostrediach. Bežné flexibilné izolačné materiály zahŕňajú polyester (PET) a polyimid (PI), pričom PET je najrozšírenejší v trojvrstvových laminovaných prípojniciach a štandardizovaných prípojnicových produktoch vďaka svojim komplexným výkonnostným výhodám.

 

Polyesterové materiály majú miernu teplotnú odolnosť (zvyčajne 105 stupňov), pričom si zachovávajú stabilné mechanické a elektrické vlastnosti v podmienkach dlhodobého -tepelného cyklu. Jeho predĺženie môže presiahnuť 100 %, vďaka čomu je menej náchylný na roztrhnutie alebo zmenšenie hrúbky pri ohýbaní a viazaní hrán. Okrem toho má PET vysoký relatívny index sledovania (CTI), ktorý účinne znižuje riziko tečenia, čo je obzvlášť dôležité pre vysokonapäťové aplikácie, ako sú vysokonapäťové výbušné-prípojnice meničov. Zatiaľ čo spĺňa hodnotenie spomaľovača horenia (napr. V0), PET je k dispozícii aj v rôznych hrúbkach (napr. 50 μm až 350 μm), aby sa prispôsobil rôznym úrovniam napätia a konštrukčným požiadavkám, čím ponúka vysokú všestrannosť v aplikáciách, ako sú laminované prípojnice pre trojúrovňové meniče a prispôsobené laminované prípojnice pre IGBT.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Naproti tomu polyimidové (PI) materiály sú vysoko{0}}výkonné izolačné materiály s vyššou teplotnou odolnosťou (RTI zvyčajne presahuje 200 stupňov ), vďaka čomu sú vhodné na aplikácie zahŕňajúce vysokoteplotné zváranie alebo vysoké lokálne tepelné zaťaženie, ako sú konštrukcie zahŕňajúce zváranie kondenzátorov alebo elektronických komponentov v vrstvených prípojniciach pre elektrické autá. Materiály PI majú väčšiu mechanickú tuhosť a sú menej náchylné na relaxáciu pri-dlhodobom namáhaní, čo pomáha udržiavať stabilitu utesnenej konštrukcie. Ich výkon CTI je však relatívne nízky a zvyčajne si vyžaduje väčšiu povrchovú vzdialenosť, vďaka čomu sú vhodnejšie pre prostredia so stredným- a nízkym{7}}napätím, ako sú niektoré aplikácie s vrstvenými zbernicami DC-spojnicového kondenzátora alebo zbernicových zberníc s podporou jednosmerného prúdu.

 

V kompletnom laminovanom systéme prípojníc sa flexibilná izolácia používa hlavne na elektrickú izoláciu a tesnenie medzi vrstvami vodičov, zatiaľ čo tuhé izolačné materiály sa používajú na štrukturálnu podporu a elektrickú izoláciu medzi zostavami prípojníc. Hrúbka tuhej izolácie zvyčajne priamo súvisí s úrovňou napätia v systéme; Všeobecným princípom konštrukcie je približne 1 mm tuhého izolačného materiálu na kilovolt. Vo vysokonapäťových systémoch, ako sú laminované prípojnice pre veľkokapacitné konvertory typu back-to-back, alebo invertorové prípojnice pre železničnú dopravu a systémy metra, sa zvyčajne vyžadujú pevné izolačné vrstvy s hrúbkou od 1 mm do 6 mm, aby sa splnili požiadavky na kontrolu čiastočného vybitia a dlhodobú{9}}spoľahlivú prevádzku.

 

Čo sa týka kľúčových parametrov výkonu, dôležitými ukazovateľmi pre hodnotenie izolačných materiálov sú relatívny teplotný index (RTI) a relatívny index sledovania (CTI). RTI meria schopnosť materiálu zachovať si výkonnosť pri-dlhodobom tepelnom starnutí; jeho hodnotenie životnosti je zvyčajne založené na zrýchlených testoch starnutia presahujúcich 20 000 hodín a sleduje exponenciálny vzťah medzi teplotou a životnosťou. CTI odráža odolnosť materiálu voči sledovaniu v znečistenom prostredí a je rozhodujúca pre návrh povrchovej vzdialenosti vo vysokonapäťových-systémoch. Ďalej, predĺženie materiálu priamo ovplyvňuje jeho prispôsobivosť počas spracovania a je jedným z kľúčových parametrov pre hodnotenie tesniaceho výkonu a mechanickej spoľahlivosti.

 

Požiadavky na výkon izolačných materiálov vo vrstvených prípojniciach sa v rôznych oblastiach použitia výrazne líšia. V priemyselných-aplikáciách vysokého napätia, ako sú napríklad vysokonapäťové výbušné-prípojnice invertorov alebo veľké{3}}systémy na konverziu energie, sa prevádzkové napätie zvyčajne pohybuje od 1 000 V do 6 000 V. Tieto aplikácie vyžadujú extrémne vysoké štandardy na kontrolu čiastočného vybitia, výkon elektrickej izolácie a-dlhodobú životnosť. Preto je potrebná kombinácia flexibilných a pevných izolačných dizajnov, pričom preferovanou voľbou sú materiály s vysokým CTI. V sektore nových energetických vozidiel, ako sú zbernice kondenzátorov s metalizovanou fóliou s vysokou tepelnou vodivosťou pre riadiace systémy EV, sú systémové napätia zvyčajne nižšie ako 800 V. Požiadavky na izolačný výkon sú relatívne nižšie, pričom sa kladie väčší dôraz na ľahkú konštrukciu, tepelnú odolnosť a kompatibilitu montážneho procesu. Preto PI materiály ponúkajú určité výhody v špecifických zváraných konštrukciách.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Okrem toho v niektorých -laminovaných štruktúrach alebo aplikáciách s jedným vodičom je možné použiť aj izoláciu s práškovým nástrekom, tj práškové-lakované laminované prípojnice s hrúbkou dielektrického povlaku v rozmedzí 0,2 mm ~ 3,00 mm. Tento proces je vhodný na izoláciu vodičov zložitých tvarov, čím sa dosiahne dobré pokrytie povrchu a tesnenie. Avšak kvôli ťažkostiam pri kontrole konzistencie izolácie na okrajoch vodičov a ostrých rohoch sa vo všeobecnosti nepoužíva vo vysoko presných laminovaných prípojnicových systémoch, ako napríklad v náročných aplikáciách, ako je prispôsobená medená laminovaná prípojnica pre elektrickú inštaláciu.

 

Celkovo, ako typické laminované pasívne elektronické komponenty, výkon laminovaných prípojníc veľmi závisí od výberu izolačných materiálov a konštrukčného dizajnu. Vhodným prispôsobením flexibilných a pevných izolačných materiálov a zvážením špecifických aplikačných scenárov (ako naprLaminované prípojnice pre zložité inštalácie prípojníc), je možné dosiahnuť vyššiu hustotu výkonu a integráciu systému pri zaistení elektrickej bezpečnosti.