SiC Inverter-rofi við 10–100 kHz: Hvers vegna sníkjudýr á rúllum skipta máli

SiC inverter rúlla er ekki einfaldlega lág-viðnámsleiðari. Við há-tíðniskipti, myndar straumlínan hluti af samskiptalykkjunni og sníkjuframleiðsla hennar stuðlar beint að spennuyfirskoti samkvæmt V=L × di/dt. Fyrir rafræna togviðskipti er hagnýtt hönnunarmarkmið oft að halda háum-straumsbreytingarleiðinni undir 10 nH, á meðan viðhaldið er stýrðu skriði, úthreinsun, hitahækkun og vélrænni umburðarlyndi.

 

Fyrir sérsniðna SiC Inverter riðlasamsetningu verður því að þróa rafmagns-, varma- og vélræna hönnunina sem eina uppbyggingu: C1100 koparval, lagskipt rúmfræði, rafeinangrun, leysir eða viðnámssuðu, DC-Tengill þétta samþætting og straum-staðsetning skynjara hafa öll áhrif á endanlega lykkjuskiptingu-.
 

 

 

SiC MOSFETs geta skipt umtalsvert hraðar en hefðbundin sílikon IGBT. Há di/dt sem myndast afhjúpar sníkjuvirkja sem gæti hafa haft takmörkuð áhrif í lægri-aflþrepum.

 

Hægt er að tjá framkallaða spennu sem:

 

Vₗ=Lₚ × di/dt

Hvar:

Vₗ=inductive spenna fyrir sníkjudýr
Lₚ=inductance sníkjulykkju
di/dt=núverandi hraði

 

Til dæmis, ef samskiptalykja hefur 20 nH af sníkjuframleiðni og straumbreytingar við 2 kA/µs, þá er inductive spennuframlagið um það bil 40 V.

 

Minnkun á líkamlegu lykkjusvæðinu og andstæðum segulsviðum inni í rásarstafla getur því dregið úr yfirskot á rofi án þess að auka spennustig hálfleiðara.

 

 

C1100/C11000 súrefnis-laus eða rafgreiningarþolinn-kopar er mikið notaður fyrir há-straumsbyggingu vegna mikillar rafleiðni og myndunargetu.

 

Efni	Dæmigert leiðni	Helsti kostur	Dæmigert strætisvagnaforrit
C1100 Kopar	~97–100% IACS	Lágt DC viðnám	Jafnstraums-aflslóð hlekkur og inverter
C1020 súrefni-laus kopar	~100% IACS	Mikil leiðni, lítið súrefnisinnihald	Hár-straumsafl rafeindatækni
C2680 kopar	~25–30% IACS	Meiri styrkur, mótunarhæfni	Tengi, festingar, vélbúnaður
Ál 6061	~40% IACS	Lítill þéttleiki, burðarstyrkur	Þyngdar-viðkvæmir leiðarar

 

Fyrir SiC inverter með miklum-straumi er C1100 kopar venjulega valinn fyrir aðalstraumleiðina, en eir eða húðað stál má nota fyrir vélræna uppsetningaríhluti þar sem rafleiðni er aukaleiðni.

 

Koparþykkt er ekki valin úr núverandi einkunn eingöngu. Hönnunin verður að gera grein fyrir:

RMS straumur
púlsstraumur
vinnuferill
leyfilegt hitastig
umhverfishitastig
kæliviðmót
breidd og þykkt leiðara
nálægðaráhrif
liðamótstöðu
málun þykkt

 

 

Lagskipt ruðningsstöng inniheldur mörg leiðandi lög sem eru aðskilin með raforkuefni. Málbreytingar í hverju koparlagi safnast fyrir við uppsetningarholur, tengiskil og tengipunkta þétta.

 

Fyrir nákvæmni íhluti er hægt að koma á víddarstýringu með:

Progressive die stimplun
CNC aukavinnsla
Í-högg
Myntsmíði
Nákvæmni beygja
Laserklipping
CMM skoðun

Það fer eftir rúmfræði, víddarvikmörk upp á ±0,01–0,05 mm getur verið náð á stýrðum eiginleikum, á meðan heildarmyndað -vikt verður að skilgreina í samræmi við efnisþykkt, beygjuradíus og ástand verkfæra.

 

Verkfræðiteikningin ætti að greina á milli:

 

Stærðir rafmagnsviðmóts
Vélræn staðsetningarmál
Ó-virkar víddir
Flatness kröfur
Holustöðuþol
Kröfur um suðudatum

 

 

 

Áhrifaríkasta lág-inductance uppbyggingin er almennt fengin með því að setja út- og afturstraumsleiðir líkamlega nálægt hvor öðrum.

 

Lagskipt uppbygging getur staðsett jákvæða og neikvæða leiðara í aðliggjandi lögum:

 

Cu (+) / Dielectric / Cu (−)

 

Andstæðar straumstefnur mynda segulsvið sem hætta að hluta til. Þetta dregur úr lykkjusvæðinu og dregur því úr sníkjulykkju.

 

Fyrir hátíðnihönnun með hátíðni, krefjast eftirfarandi færibreytur rafhermingar og líkamlegrar sannprófunar:

Leiðarabil
Koparþykkt
Lagaskipan
Terminal rúmfræði
Núverandi stefna
Skörunarsvæði
Staðsetning gegnum eða bolta
DC-Tengill þétta fjarlægð
Fjarlægð hálfleiðaraeininga
Staðsetning skynjara
Húsnæðishreinsun
 

 

Aukin koparþykkt dregur úr DC viðnám, en það framleiðir ekki sjálfkrafa lægstu rofa-lykkjuspennu.

 

5 mm -þykk koparplata getur samt sýnt of mikla lykkjuspennu ef jákvæðu og neikvæðu leiðararnir eru líkamlega aðskildir.

 

Hönnunarfæribreyta	Lág-Inductance átt	Rafmagnsástæða
Jákvætt/neikvætt bil	Lágmarka	Minnkar lykkjusvæði
Núverandi-slóð skarast	Hámarka	Bætir segulsviðs-afpöntun
DC-Tengill þétta fjarlægð	Lágmarka	Styttir samskiptalykkju
Flugstöðvaskipti	Fyrirferðarlítill	Dregur úr staðbundinni inductive ósamfellu
Koparþykkt	Hagræða	Stjórnar viðnám og hitauppstreymi
Beygjur	Lágmarka skyndilega umskipti	Dregur úr núverandi þrengslum
Staðsetningar festinga	Nálægt núverandi tengi	Takmarkar liðviðnám

 

Hagnýtt hönnunarmarkmið ætti að ákvarða út frá skiptahraða invertersins, spennueinkunn hálfleiðara, leyfilegri yfirskot og mældu kommutunarbylgjuformi frekar en frá almennu inductance númeri.

 

 

Rafmagnslagið á milli koparleiðara verður að standast bæði samfellda DC spennu og endurtekna skiptingartíma.

 

Dæmigerðar hönnunarbreytur einangrunar eru:

 

PET kvikmynd
PI kvikmynd
Epoxý dufthúð
Pólýímíð kerfi
Mótuð einangrunarvirki

 

Nauðsynlegt viðnámsstig rafmagns fer eftir kerfisspennu, skammvinnri spennu, einangrunarþykkt, skrið, úthreinsun og umhverfisaðstæðum.

 

A material specification such as dielectric breakdown strength >15 kV/mm ætti ekki að meðhöndla sem heildar einangrunarhönnun. Fullunnin samsetning verður einnig að vera fullgilt með tilliti til raforkuþols, losunar að hluta þar sem við á, hitaöldrunar og vélrænni heilleika.

 

 

Fyrir EV inverter sem starfar á nokkur hundruð volta DC, er ekki hægt að ákvarða einangrunarbil út frá þykkt lagsins eingöngu.

Hönnunin ætti að hafa í huga:

 

Vinnuspenna
Yfirspennuflokkur
Mengunargráðu
Efnishópur
Hæð
CTI
Skriðfjarlægð
Úthreinsunarfjarlægð
Skipt um skammvinn amplitude

 

UL 94 V-0 getur skilgreint eldfimi fyrir einangrunarefni, en það kemur ekki í stað rafeinangrunarsamhæfingar samkvæmt viðeigandi kerfiskröfum eins og IEC 60664-1.

 

Biðja um ókeypis DFM mat og tilboð

 

 

SiC inverter-rútur getur starfað við hóflega meðalhita á meðan hann þróar staðbundna heita reiti yfir 200 gráður nálægt skautum, soðnum samskeytum eða þröngum straumskiptum.

 

Hitavandamálið stafar oft af staðbundinni viðnám frekar en ófullnægjandi koparþversniði-.

Joule hitun er eftirfarandi:

 

P = I²R

Lítil aukning á liðamótstöðu veldur óhóflega meiri hitahækkun við mikinn straum.

Til dæmis, við 500 A, framleiðir liðviðnám aðeins 100 µΩ:

 

P = 500² × 0.0001 = 25 W

Þessi 25 W eru einbeitt í tiltölulega litlu viðmóti frekar en dreift yfir alla koparstrauminn.

 

 

Fyrir há-straumsamstæður ætti samskeyti að vera stjórnað með vinnslugetu frekar en sjónrænni skoðun eingöngu.

Gildandi tengitækni eru:

 

Lasersuðu

Viðnámssuðu

TIG suðu

Lóðun

Sameindadreifingarsuðu

Boltar rafsamskeyti

Hnoð leiðandi tengi

 

Aðferð við sameiningu	Dæmigerður styrkur	Hitasvæði- fyrir áhrifum	Málstýring	Viðeigandi umsókn
Lasersuðu	Hátt	Lágt	Hátt	Cu tengistangir
Viðnámssuðu	Hátt	Staðbundið	Hátt	Flipar og þunnir leiðarar
Lóðun á ofni	Hátt	Víðtæk hitauppstreymi	Miðlungs	Flókin koparsamstæður
Sameindadreifingarsuðu	Mjög mikil viðmótsgæði	Mjög lágt	Hátt	Nákvæm lagskipt mannvirki
Boltaður liður	Vélrænt viðhaldshæft	Engin	Miðlungs	Færanlegar tengingar

 

Fyrir kopar-til-kopar leysisuðu er frásog geisla umtalsvert minna en fyrir mörg stál. Yfirborðsástand, bylgjulengd, aflþéttleiki, hlífðargas, samskeyti og hitaútdráttur krefjast þess vegna þróunarferlis.

 

 

Framleiðsluprófunaráætlun ætti að sameina víddar- og hitamælingar.

Dæmigerð staðfestingarröð inniheldur:

 

CMM skoðun á lokastöðu og flatleika.

Fjögurra-viðnámsmælingar á rafsamskeytum.

Thermocouple eða RTD mæling á skilgreindum stöðum.

Innrauð hitamyndataka undir dæmigerðum straumi.

Hitahjólreiðar.

Rafmagnsþolsprófanir.

Suðuþversniðsskoðun.-

Eyðileggjandi tog- eða klippuprófun þar sem við á.

 

Ekki ætti að nota hitamyndatöku sem eina samþykkisaðferð vegna þess að útgeislun er verulega breytileg milli bers kopars, húðaðs kopar, húðunar og oxaðs yfirborðs.

 

 

Kopar hefur hitastækkunarstuðul sem er um það bil 16,5–17 ppm/gráðu. Fjölliða einangrun og aðliggjandi málmhlutar hafa yfirleitt mismunandi stuðla.

 

Endurtekin hitastig skapar því vélræna streitu við:

soðið tengi
hnoðað viðmót
húðunarmörk
endaboltar
þétta tengi
festingarpunktar skynjara

 

Staflann ætti að vera hannaður þannig að varmaþensla flytji ekki óhóflega álag inn á DC-tengiþéttingaklefana eða inverter hálfleiðaraeininguna.

 

 

 

Með því að samþætta rúllustikuna við DC-Link þétta og straumskynjara getur það stytt afllykkjuna og dregið úr fjölda samsetningar.

Hins vegar, vélræn samþætting kynnir frekari skorður.

 

Samtímis verður straumurinn að uppfylla:

Rafstraumsgeta
Lítil straumspenna
Stöðvun þétta
Ljósopsstilling skynjara
Segulsviðsstýring-
Skrið og úthreinsun
Viðmót húsnæðis
Samsetningarþol
Þjónustuhæfni

 

 

Jafnstraums-tengilþéttinn ætti að vera staðsettur eins nálægt rofi aflþrepinu og mögulegt er.

 

Markmiðið er að lágmarka-hátíðniskiptalykkjuna:

 

DC-Tengill þétti → jákvætt straumastikur → SiC eining → neikvæð rásbar → DC-Tengill þétti

 

Ef líkamleg fjarlægð milli þessara þátta eykst eykur lengd leiðara og flatarmál lykkja.

 

Af þessum sökum getur hringstöng sem er rafmagnslítil-viðnám en líkamlega löng staðið sig verri við hröð SiC-skipti en aðeins viðnámsmeiri en þétt lagskipt hönnun.

 

 

Straumskynjarar gætu notað Hall-áhrif, fluxgate, shunt eða aðra skynjunartækni.

 

Rúmfræði samskeytisins í kringum skynjarann ​​verður að hafa stjórn á:

 

Stöðu stjórnanda
Ljósop skynjara
Segulsviðssamhverfa-
Vélræn festing
Einangrunarbil
Hitaeinangrun

 

Fyrir straummælingarkerfi sem byggir á shunt-eru viðnám og hitastuðull shuntsins hluti af mælingararkitektúrnum.

 

Fyrir segulstraumskynjara getur staðsetning leiðara miðað við skynjunarhlutann haft áhrif á segulsviðið sem skynjarinn sér.

 

Samsetningarteikningin ætti því að innihalda skýrar tilvísanir skynjara frekar en að treysta á almennt samsetningarvikmörk.

 

 

Gæði leysisuðu fer mjög eftir rúmfræði samskeytisins.

 

Fyrir koparsamstæður ætti ferliglugginn að stjórna:

 

Sameiginlegt bil

Hreinlæti yfirborðs

Koparþykkt

Húðunarástand

Laser máttur

Suðuhraði

Þvermál bjálka

Fókus staða

Hlífðargas

Klemmuþrýstingur

 

Stöðug suðu ætti að staðfesta með málmfræðilegum þversniðum- frekar en sjónrænu útliti.

 

Hlaða niður hönnunarforskrift fyrir strætisvagn

 

 

Fyrir bílaáætlanir staðfestir rafafköst ein og sér ekki framleiðsluviðbúnað.

 

Framleiðslustaðfestingarpakki getur innihaldið:

DFMEA

PFMEA

Eftirlitsáætlun

Ferlisflæðismynd

MSA

SPC

Geturannsóknir

Málskoðunarskýrsla

Efnisvottorð

Suðulöggilding

Gögn um rafviðnám

Rafmagns þolir árangur

Niðurstöður hitaprófa

IMDS-tengdar efnisupplýsingar þar sem við á

Umbúðaforskrift

Rekjanleikaskrár

 

 

Þekkja þarf mikilvæga-gæðaeiginleika fyrir fjöldaframleiðslu.

 

Dæmigert CTQ einkenni eru:

Holustaða
Enda flatneskja
Koparþykkt
Einangrunarþykkt
Suðugengni
Suðustyrkur
Samskeyti viðnám
Þykkt málningar
Rafmagnsþol
Stilling skynjara

 

Fyrir stöðugt massa-framleiðsluferli geta viðskiptavinir tilgreint Cpk Stærra en eða jafnt og 1,33 eða hærra gildi fyrir tilgreinda mikilvæga eiginleika.

Raunveruleg krafa ætti að fylgja gæðasamningi og eftirlitsáætlun viðskiptavinarins frekar en að beita einum alhliða getuþröskuldi.

 

 

Þar sem silfur-húðuð tengi eru tilgreind, ætti að staðfesta þykkt málningar með viðeigandi mæliaðferð eins og XRF.

Nafnforskrift eins og 3–5 µm Ag málun ætti að fylgja:

Grunnefnislýsing

Forskrift undirplötu

Lágmarks staðbundin þykkt

Mælistaðir

Undirbúningur yfirborðs

Viðloðun krafa

Krafa um tæringu

Fyrir koparrennsli er málun venjulega beitt á skilgreind rafmagnssnertisvæði frekar en sjálfkrafa yfir allan íhlutinn.

 

 

Efnisblöð gefa útgangspunkt. Framleiðsluvottun verður að meta fullunna rúllustangir.

Prófforritið getur innihaldið:

 

Próf	Aðaltilgangur	Dæmigert stjórnstöð
Rafmagnsþol	Rafmagns einangrun	Engin sundurliðun
Einangrunarþol	Lekaeftirlit	Forskrift viðskiptavina
Samskeyti viðnám	Rafmagnstap	µΩ-stigsmæling
Hitauppstreymi	Hitamyndun	Skilgreindur straumur/álag
Suðuþversnið-	Fusion gæði	Viðmið um skarpskyggni/galla
CMM skoðun	Málsamræmi	Teikningarþol
Þykkt málningar	Snertiþol	XRF mæling
Hitahjólreiðar	Stækkunarþol	Skilgreint hitastig
Titringur	Vélræn ending	Ökutæki/kerfissnið

 

 

Framleiðslulína fyrir rafbílasamstæður ætti að viðhalda rekjanleika frá komandi efni í gegnum lokaskoðun.

 

Dæmigerð rekjanleikakeðja er:

 

Koparspóla → Stimplunarlota → Myndun → Suða → Þrif → Einangrun → Málning → Samsetning → Rafmagnspróf → Lokaskoðun

Þá er hægt að tengja vinnslugögn við framleiðslulotuna, vélina, ástand verkfæra, rekstraraðila og skoðunarskrá.

 

 

Verkfærastefnan ætti að byrja með endanlegri samsetningararkitektúr frekar en að endurskapa einfaldlega tvívíddarsnið.

 

Áður en mótun er framleidd ætti verkfræðileg endurskoðun að meta:

Strip skipulag

Efnisnýting

Kornstefna

Beygjuröð

Springback

Gata álag

Myndandi álag

Val á verkfærastáli

Notið yfirborð

Burr átt

Dagsetning stefnu

Suðubúnaður

Skoðunarbúnaður

 

Fyrir koparstrengi getur burrátt verið rafmagns- og vélrænt mikilvæg þar sem stimplaða brúnin er staðsett nálægt einangrun eða öðrum leiðara.

 

 

Ekki er hægt að tryggja endingu verkfæra út frá almennu höggnúmeri.

Raunverulegt líf fer eftir:

Kopar hörku

Rönd þykkt

Skurður úthreinsun

Punch rúmfræði

Deyja efni

Húðun

Ýttu á hraða

Smurning

Rúmfræði hluta

Viðhaldsbil

Því ætti að fylgjast með verkfærum með skilgreindum slittakmörkum og fyrirbyggjandi-viðmiðunarviðmiðum frekar en að treysta eingöngu á uppsafnaðan höggfjölda.

 

 

Áreiðanlegt þróunarferli fyrir SiC-riðbraut ætti að nota bæði uppgerð og líkamlega mælingu.

 

Verkfræðiröðin getur verið byggð upp sem:

 

Rafmagnsarkitektúr → Þrívíddarsamsetning → Rafsegulherming → Hitauppgerð → DFM → Verkfæri → Frumgerð → CMM → Weld Validation → Rafmagnspróf → Hitapróf → PPAP

 

Mikilvægi punkturinn er að mæld samsetning verður að vera í samræmi við upprunalega rafmagnslíkanið.

 

Hermdar 8 nH lykkja er ekki nægjanleg ef framleidda samsetningin mælist 18 nH vegna úttaksrúmfræði, uppsetningarbúnaðar eða tengibreytinga sem voru útilokuð frá líkaninu.

 

 

Líkanið ætti að innihalda:

 

Koparleiðarar

Flugstöðvarskipti

Soðin svæði

Tengipunktar þétta

Viðmót hálfleiðara mát

Festingar þar sem rafmagnið skiptir máli

Til baka leið

Uppbygging skynjara þar sem það hefur áhrif á straumdreifingu

 

Fyrir há-tíðnigreiningu er fullkomið 3D rafsegullíkan æskilegt en einfaldan DC viðnámsútreikning

 

 

Viðnámsmæling ætti að nota Kelvin fjögurra-víra aðferð þar sem lágt viðnám er einkennt.

Mælingar ættu að tilgreina:

 

Prófunarstraumur

Mælipunktar

Umhverfishiti

Hitastig strætisvagna

Stöðugleikatími

Tengiliðastillingar

 

Vegna þess að koparviðnám breytist með hitastigi, hafa viðnámsgögn án skilgreinds prófunarhita takmarkað verkfræðilegt gildi.

 

 

Sérsniðin koparstöng fyrir EV Drive forrit ætti að meðhöndla sem rafsegul-, varma- og vélræna samsetningu frekar en stimplaðan koparhluta.

 

Fyrir SiC gripinvertara er verkfræðileg forgangsröðun mælanleg:

<10 nH target for the defined high-frequency commutation loop
97–100% IACS koparleiðni eftir flokki
Stýrð µΩ-viðnám liðs
Staðbundin hitauppstreymi yfir 200 gráður þar sem kerfið krefst þess
Skilgreindur rafstyrkur og einangrunarsamhæfing
±0,01–0,05 mm stjórn á völdum nákvæmniseiginleikum þar sem hönnun leyfir
CMM-byggð víddarstaðfesting
Málmfræðileg suðulöggilding
XRF málun-þykktarstaðfesting
IATF 16949 framleiðslustýringar
PPAP stig 3 skjöl þegar tilgreint er af viðskiptavinum

 

Rétt straumlína er sú þar sem rafmagnslíkan, hitauppstreymi, framleiðsluferli og skoðunargögn fara saman að sömu hönnunarkröfum.

 

 

Hvaða skjöl eru venjulega innifalin í PPAP Level 3 pakka fyrir EV SiC inverter rásbar?

PPAP Level 3 pakki inniheldur venjulega PSW, teikningar, efnisskrár, víddarniðurstöður, PFMEA, eftirlitsáætlun, ferliflæði, MSA, geturannsóknir og viðeigandi staðfestingarskýrslur.

 

Hversu langan tíma tekur T1 verkfæri og frumgerð sýnatöku fyrir sérsniðna kopar inverter riðla?

Hægt er að skipuleggja dæmigerða T1 þróunarlotu í kringum 20–30 daga, allt eftir rúmfræði, framsæknum -flóknum skurði, suðubúnaði, efnisframboði og samþykki viðskiptavina teikningar.

 

Hvernig er silfurhúðun þykkt staðfest á akoparrafstöð?

Silfurhúðun þykkt er almennt sannreynd með XRF mælingu á skilgreindum skoðunarstöðum. Teikningin ætti að tilgreina lágmarksþykkt, mælisvæði, undirlag og kröfur um undirplötu.