# Power Busbar Introduction

Power Busbar 是一種用導電材料做成的組件，通常是金屬條或管或 PCB 為主要元素，用於產品電力系統中電性轉換時傳輸電流。母排設計在大電力系統中至關重要，因為它直接影響電力分配的效能和系統的整體性能。而在小電力系統中，雖不至於大幅影響效能，但如能適當設計，開發的產品性能也能更上一個層次。這裡筆者要介紹的 Power Busbar是應用於複雜電流轉換的多端口 Busbar，有別於另一章節所介紹的 [AC and DC Busbar for Power Transfer](https://eemans-organization.gitbook.io/busbar-with-single-end-power-feeding/busbar-for-power-transfer/ac-busbar-with-single-end-power-feeding)。

以一個馬達驅動器的電路來說，如果大電流快速開關地流經電感，會在電感上產生一個很大的電壓變化量，因為 Busbar 的漏感值過大時，DC 電容上的電壓加上漏感上的瞬間電壓變化，有機會大於 IGBT 可承受的電壓值，因此需要計算 Busbar 漏感值對應於電路上 IGBT 是否可以承受。

Power Busbar 的重要性可以簡單地歸納如下：

* <mark style="color:blue;">**電流傳輸：**</mark> Power Busbar 是電流在不同部分之間傳輸的主要通道。因此，設計良好的 Busbar 能夠有效地傳輸高電流，減少能量損失。
* <mark style="color:blue;">**電壓降低：**</mark> 良好的 Busbar 設計可以降低電流通過時的電壓降。這對於確保系統正確運作和減少能源損失至關重要。
* <mark style="color:blue;">**散熱性能：**</mark> Power Busbar 在輸送高電流時會產生熱量。有效的散熱設計能夠防止 Busbar 過熱，確保系統穩定運行。
* <mark style="color:blue;">**機械強度：**</mark> Busbar 必須具有足夠的機械強度，以應對機械振動和外部應力。這有助於防止 Busbar 斷裂或損壞，確保系統的可靠性。
* <mark style="color:blue;">**導電性能：**</mark> Busbar 的材料和構造需要具有良好的導電性，以確保低電阻，減少能量損失。
* <mark style="color:blue;">**尺寸和佈局：**</mark> 適當的 Busbar 尺寸和佈局確保電流均勻分佈，防止局部過熱和電壓損失。
* <mark style="color:blue;">**EMI（電磁干擾）：**</mark> Busbar 的設計應該考慮到減少 EMI 的影響，這有助於確保系統的穩定性並符合相關的電磁兼容性標準。
* <mark style="color:blue;">**維護和擴展性：**</mark> 良好設計的 Busbar 應該易於維護和擴展，以應對系統可能的變化和升級。

如圖0-1，當馬達驅動器的內部漏感由 50nH 變成 150nH 的時候，其上面的瞬間電壓壓差會變得異常的大。這瞬間電壓壓差會疊加到母線電壓，進而導致 IGBT 損壞或是使 Snubber 電容過流。由此可以知道，優化 Power Busbar 的首要重點就是降低其寄生電感。

<figure><img src="/files/mSj8CcGgK6GekpnbfOHU" alt=""><figcaption><p>圖0-1</p></figcaption></figure>

以 DPT (Double Pulse Test) 測試來看，當我們固定除了 Busbar 的漏感的所有條件，在沒有 Snubber 電容下，可以看到第一行與第二行的漏感由 80nH ->160nH 的時候，Vds-Peak 會由 695V->750V。再譬如第三行與第四行的結果，當有考慮 Snubber 電容的情況下，Vds 的 ripple 會由 25->40V。

DPT 測試電路可以當成簡易的驅動器切換驗證。除了 Busbar 的寄生感量，其餘的參數也都會影響 Spike 的大小。

<figure><img src="/files/iZn6Xv3ZqSjRQBkwtz6V" alt=""><figcaption><p>圖0-2</p></figcaption></figure>

如果再細部拆解分析，如果沒有 Snubber 電容，IGBT 上 VCE 的第一個 V1 電壓差會和整體迴路漏感相關。如圖0-3，第一個 V1 電壓差非常高，在小馬力機種中，如果對各元件與 Busbar 的寄生電感做優化，是有機會不使用 Snubber 的電容。

<figure><img src="/files/9vTiP9Tygj8uQ7bCnzvM" alt="" width="563"><figcaption><p>圖0-3</p></figcaption></figure>

再加入 Snubber 電容後，IGBT 的 VCE 會有兩個波峰需要關注：V1 的電壓差會由加入的 snubber 電容所抑制；而第二個 V2 壓差和 snubber 和 IGBT 寄生參數直接相關。要適當的減低這兩個波峰，就必須要能掌握 Busbar 的寄生感量設計，盡量地降低漏感造成的 Spike 影響。

<figure><img src="/files/S8kGcKAldijyrhRBdfIS" alt="" width="563"><figcaption><p>圖0-4</p></figcaption></figure>

{% hint style="info" %}
雖然加入 Snubber 的設計，能夠抑制第一個電壓 Spike。但漏感越大越有機會使 Snubber 電容過流，尤其馬力越大的產品越要小心這個設計陷阱。
{% endhint %}


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