配电母排选用很重要，过大浪费，过小发热，如何破解？

gk-auto · 发表于 2019-1-18 08:40:15

1 母排的载流

当电流流过母排(Busbar)时，在导体上会产生电流密度分布。图1给出了仿真的一款母排极板的电流密度值及矢量分布。

由图1可以清晰地看出，电流自导体的首端流向尾端，电流密度矢量如同水流一般在导体内部分布。当电流密度矢量遇到“障碍物”时，则轻巧地绕过它而继续行进。

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2 母排的发热

电阻率是用来表示物质电阻特性的物理量，是导体本身的基本属性，用符号ρ表示。电流流经叠层母排导体时，会产生一定的热量。导体单位体积内产生的热量(即发热功率密度)可用式(1)来计算：

由式(1)可知，在电流密度分布相同的情况下，导体的电阻率越高，其发热量越大。因此，在温升为关键制约因素的叠层母排设计过程中，应优先选择电阻率小的导体材料。母排导体的发热功率密度和稳态温升也可用软件来仿真计算。图2为仿真的以上款母排导体的发热功率密度分布，图3则为仿真的30℃环境和自然对流条件下此母排导体的稳态温度分布。

另外，根据公式(1)同样可以得出：在电阻率不变的情况下，导体的电流密度越大，其发热量也越大。以下将对导体的电流密度对稳态温升的影响进行仿真研究，图4给出了一块中间带有狭窄通道的铜导体的仿真模型及边界条件。

图5给出了当输入电流i为100A情况下，铜导体的发热功率密度及稳态温度分布。由此可知，铜导体中间狭窄段的发热功率密度和温度最高。拥挤的通道引发高密度电流分布，一如交通的阻塞。如何降低母排导体的温升，转换为如何合理设计导体的电流密度。

图6则给出了仿真的铜导体的最高温度随输入电流i的变化曲线。仿真验证了“在电阻率不变的情况下，导体的电流密度越大，其发热量越大”的结论。

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3 母排的优化

上海鹰峰电子生产的叠层母排(Laminated Busbar)由扁平导体涂有胶粘剂的绝缘膜构成。为了减小线路的电阻值和增强导体的热扩散能力，要尽可能选择电导率高、导热效果好的金属作为导体材料。叠层母排的导体主要为铜材，这意味着导体占据着最高的材料成本。因此，在母排的优化设计过程中，要尽可能用最少的导体来满足母排的载流性能要求。图7提出了一种叠层母排极板的优化方法，图8、9、10分别给出了仿真的该母排极板优化前后电流密度矢量分布、发热功率密度分布和稳态温度分布。