Busbar Design Summary
Power Busbar 是一個顯眼的存在但卻常常被忽略設計,如果有對歐美大公司的產品細心觀察過其內部設計的工程師,相信對於銅條的精緻配置與優化設計細節,除了讚嘆也都能看到其設計的仔細用心。透過本文的介紹,希望讓讀者有設計脈絡可以依循。
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Power Busbar 是一個顯眼的存在但卻常常被忽略設計,如果有對歐美大公司的產品細心觀察過其內部設計的工程師,相信對於銅條的精緻配置與優化設計細節,除了讚嘆也都能看到其設計的仔細用心。透過本文的介紹,希望讓讀者有設計脈絡可以依循。
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在小功率機種,我們常使用 PCB(Printed Circuit Board)作為電力 Busbar 的材料,在模擬流程上與前面介紹的無異。
PCB 有著不需裝配,可以在製造過程中能一次性完成成品的優點;且層疊容易實現,使得電力和信號層可以分開,減少相互干擾。
但由於 PCB 的金屬層通常較薄(例如銅層厚度多為 35 微米或 70 微米),其散熱性能不如厚銅條或其他專用散熱材料;相比於實心的銅條或鋁條,PCB 的機械強度較低,可能在承受大電流或高應力時變形或損壞。
由於以上的原因,PCB 雖然有許多優點,但設計時一定要小心電流過於集中於某些區塊。設計不良的 PCB佈局,在板階溫升中會有熱集中問題。
圖3-1展示了 PCB Busbar 的模擬。此案例很好的說明模擬的價值,在中間藍色較低溫的 M 板 PCB Trace 其實可以縮小尺寸,把尺寸讓給更需要散熱的 P 板與 N 板件部分。
模擬 PCB 銅條要特別注意的是 Icepak 的 Mesh 設定,這裡不建議使用自動設定。因為 PCB 薄層的設定,會建議讀者在 Mesh 上做一些手動修改。首先做一 meshsize = 5mm 的變數設定,接著在 Global Mesh Setting 中先做自一次定義的設定,隨後選取 PCB 物件再做一次 Mesh 自定義設定。細部設定參數請參考圖3-2。
Power Busbar 在小功率產品通常用使用 PCB ;而在大功率產品是一種特別設計來搭載大電流的金屬條。通常,每個家庭用的配電板都使用銅或鋁材質,並設有母線,以將交流電能有效地分配給排列的斷路器。
Busbar 的主要功能在於傳輸配電。製造它們的過程包括使用銅或鋁層,這些層使用絕緣材料隔開,然後疊合成一個單一的結構。常常應用於極為嚴苛的環境,如公共交通和電動推進系統,還廣泛應用於工業驅動、再生能源和汽車系統。
Power Busbar 的設計目標是具有優越的品質和可靠性、進一步結合在電氣和機械方面的專業知識、卓越的聯合工程能力。這些特點會讓高功率產品非常得利,不僅減低 EMC 問題,更能減少成本、增加產品可靠度,非常適合應用包括在電動車/混合動力車、鐵路和可再生能源等領域。
在此篇文章介紹了利用模擬工具做一個虛擬的完整開發流程,因為 Power Busbar 是隨機器不同而會有相應設計的客製化零組件,會是常常需要模擬設計的項目,希望本文能提供讀者方向,讓研發者去開發屬於自己產品的故事。