在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車等應(yīng)用中低電感直流電源總線

在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車等應(yīng)用中，隨著直流電流隨著開關(guān)頻率的增加而增加，對直流電源總線的性能要求不僅僅是 IR 壓降（即電壓降）和熱方面的考慮。由于設(shè)計(jì)需求和以碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 開關(guān)為代表的寬帶隙器件 (WBG) 的使用增加，該總線現(xiàn)在必須在數(shù)百千赫茲的較高頻率下具有非常低的電感。

總線必須具有低電阻和低電感，但還必須具有足夠的電容以消除電壓紋波。不幸的是，由于它們的互連和內(nèi)部寄生效應(yīng)，用于第二個(gè)屬性的相同電容器對第一個(gè)屬性是有害的。除了簡單地增加更多的大容量電容之外，還可以使用不同的方法來嘗試實(shí)現(xiàn)多個(gè)相互沖突的目標(biāo)。

最近，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種解決這個(gè)問題的有趣方法并申請了專利。（如果您想知道“誰或什么是桑迪亞？”——這有點(diǎn)復(fù)雜。桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)多任務(wù)的美國政府實(shí)驗(yàn)室，由桑迪亞有限責(zé)任公司的國家技術(shù)和工程解決方案管理和運(yùn)營——桑迪亞的全資子公司霍尼韋爾國際公司——代表美國能源部的國家核安全管理局。我們就這樣吧。）

他們的設(shè)計(jì)使用分層的、類似 PC 板的結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)金屬平面由聚合物電介質(zhì)隔開，以提供“平面”電容。

使用標(biāo)準(zhǔn) PC 板通孔在平面之間連接的大量（數(shù)百個(gè)）小型多層陶瓷電容器 (MLCC)（而不是常規(guī)的電解或薄膜電容器）提高了該基礎(chǔ)電容。

這種方法提供了電氣和熱方面的好處。如此多的電容器的分散放置降低了高頻電流元件的分流阻抗，而扁平陶瓷電容器可以承受更高的溫度并支持更好的氣流。還有其他好處。在現(xiàn)有的應(yīng)用中，正負(fù)（通常稱為地）導(dǎo)軌使用母線，并且它們之間的間隔很大；當(dāng)磁場線穿過這個(gè)更大的區(qū)域時(shí)，由于大電流回路，有效電感更高。Sandia Laboratories 基于板的方法通過減小電流回路的面積大大降低了電感。

他們的原型板使用 2 盎司的覆層 PC 板材料，厚度約為 6 × 11 × 0.062 英寸（150 × 280 × 1.6 毫米）。它裝有 336 個(gè) 0.15 μF/1000 V MLCC 器件（具有 X7R 電介質(zhì)和符合 AEC – Q200 標(biāo)準(zhǔn)的汽車應(yīng)用）?？傠娙轂?50.4 μF，他們的模型和仿真表明，這足以將紋波保持在 100 kHz 的目標(biāo)值以下。

除了廣泛的建模之外，他們還使用阻抗測量儀器在 100 Hz 到 10 MHz 范圍內(nèi)測試了該設(shè)計(jì)，這些結(jié)果與他們的模型非常匹配。他們還將他們的結(jié)果與豐田普銳斯中以類似方式使用的可用公共汽車模型進(jìn)行了比較。他們的巴士性能有些優(yōu)越，體積更小，并且可以承受更高的溫度。

但這并不是我對這項(xiàng)專利感興趣的地方。我已經(jīng)閱讀或?yàn)g覽了很多專利——一旦你超越了所有的正式風(fēng)格，它們就是一個(gè)信息豐富的初級資源——而且大多數(shù)都是相當(dāng)枯燥和技術(shù)性的。簡而言之，他們說，“有一個(gè)問題，這是我們的創(chuàng)新解決方案，這就是它的工作原理和原因”，這就是專利故事的結(jié)局。

相反，該專利更像是營銷宣傳或EDN中供應(yīng)商撰寫的技術(shù)文章。它的很多前期空間都致力于討論市場需求和機(jī)會、不同方法之間的權(quán)衡以及類似的考慮，直到它最終進(jìn)入創(chuàng)新本身的細(xì)節(jié)。我很困惑，因?yàn)槲艺J(rèn)為專利的頒發(fā)只取決于其技術(shù)優(yōu)勢，而不是任何市場分析或需求。畢竟，許多專利被授予獨(dú)特的、非顯而易見的設(shè)計(jì)，沒有或只有極小的商業(yè)前景——或者是為了防止未來的侵犯。許多專利理念逐漸衰落，一些代表已經(jīng)上市的產(chǎn)品，而另一些則處于靜止?fàn)顟B(tài)——只有在其他開發(fā)提高其價(jià)值時(shí)才變得有價(jià)值。

這種專利市場分析和競爭定位是好是壞？我不知道，也許沒關(guān)系。我確實(shí)希望添加它不會成為獲得專利的一個(gè)因素，因?yàn)檫@可能會壓制一些現(xiàn)在看起來無用或不切實(shí)際但可能在以后發(fā)揮作用的想法。