Busbar laminate EC&C: una soluzione tecnologicamente avanzata adatta anche alle piccole serie.

I componenti di potenza di ultima generazione – IGBT, MOSFET, SIC, sono in grado di commutare correnti di centinaia o migliaia di ampere in tempi di decine o, al massimo, di centinaia nanosecondi.

Il normale collegamento in cavo presenta un’induttanza che può essere stimata, in primissima approssimazione, in circa 1µH per metro; il che determina sovratensioni ai capi dei semiconduttori dell’ordine delle migliaia di Volt (ad esempio, se un semiconduttore interrompe una corrente di 100A in 100ns su un’induttanza di 1µH, ai capi del componente viene generata una sovratensione di circa 1000V che si somma alla tensione già naturalmente presente sul DCBus.

Da qui la necessità di realizzare i collegamenti tra questi componenti e gli elementi di filtraggio (normalmente condensatori connessi al Bus in continua) tramite un sistema che consenta di minimizzarne l’induttanza.

Le bus-bar laminate, progettate e realizzate da EC&C, si propongono come soluzione a questo problema, dato che sono costituite da lastre conduttrici (normalmente alluminio o rame) separate tra loro da un sottile strato di isolante (Figura 1): in questo modo l’induttanza del circuito di accoppiamento viene enormemente diminuita. Inoltre, la vicinanza tra i layer conduttori e la loro ampia superficie determina una capacità tra gli strati conduttori che, a sua volta, contribuisce ulteriormente alla diminuzione delle sovratensioni di commutazione.

Fig. 1

Usualmente i singoli conduttori che costituiscono le Busbar sono separati tra loro da uno stato di dielettrico e poi il pacchetto completo è ricoperto esternamente da una pellicola in PVC.

Con questa soluzione, se le condizioni ambientali o imperfezioni produttive causano l’apertura dei due strati isolanti esterni l’umidità e/o contaminanti possono penetrare tra gli strati protettivi e determinare un percorso a relativamente bassa resistenza che, a sua volta, può determinare una scarica superficiale tra i due conduttori.

La soluzione adottata da EC&C prevede il rivestimento tramite polvere poliammidica di ciascun singolo layer (Figura 2) così che non sia assolutamente possibile che il conduttore rimanga scoperto in punti non voluti: in questo modo viene evitato completamente il fenomeno delle scariche superficiali dovute alla contaminazione ambientale.

Fig. 2

Si noti che, per applicazioni che prevedono tensioni tra i layer superiori ad alcune centinaia di Volt, l’isolamento funzionale tra i conduttori non è demandato alla sola resina poliammidica (che comunque è un ottimo isolante), ma è previsto uno strato supplementare di isolamento, così da evitare qualsiasi inconveniente determinato da imperfezioni nella ricopertura del singolo layer conduttore.

Normalmente lo strato isolante addizionale è costituito da un sandwich incollato composto da un film poliammidico e un film di poliestere; in questo modo è possibile garantire non solo un’elevata rigidità dielettrica, ma anche una elevata resistenza meccanica.

In pratica, tutte le busbar di normale produzione EC&C, prima di essere consegnate, vengono testate, tra i vari layer, a 5kVac (pari a 7kVdc) per 1 minuto.

Ciascuna Busbar collaudata viene contrassegnata da una propria matricola (a richiesta è possibile fornire un test report per ciascun componente).

Inoltre, la tecnologia utilizzata per gli isolamenti, basata sull’utilizzo della resina poliammidica, consente morfologie delle busbar irrealizzabili con altre tecniche (Figura 3).

Fig. 3

Tipicamente l’iter di progettazione di una Busbar laminata EC&C, prevede una prima fase di inquadramento del progetto tenendo conto non solo degli aspetti tecnici, ma anche di quelli economici, gestionali, di facilità di montaggio, di riparabilità e di manutenibilità dell’intero apparato.

Tale attività porta allo sviluppo del progetto tramite CAD 3D, con successivo confronto interattivo col cliente.

Spesso, grazie alle risorse produttive su cui EC&C può contare, viene effettuata una rapida prototipazione meccanica del componente (Busbar privo delle coperture isolanti); in questo modo è possibile evidenziare eventuali criticità che non fossero emerse nella prime fasi del progetto e porvi tempestivamente rimedio.

La fase successiva prevede la prototipazione della Busbar completa dei propri isolamenti; questa fase può essere svolta in tempi brevi e in modo non dispendioso grazie all’utilizzo di un apposito plotter da taglio (in sostituzione delle fustelle normalmente impiegate) per la conformazione degli strati isolanti intermedi.

I test dielettrici svolti presso il laboratorio EC&C completano questa fase di progetto.

Tutto ciò si traduce in rapidità nella prototipazione ed in un prodotto sicuro, efficiente ed industrializzato con rapporto costo/prestazioni ottimizzato.

Redazione Fare Elettronica