汇流条

一种多层层压结构的功率模块电连接部件

汇流条，又称为层压汇流条，是一种多层层压结构的功率模块电连接部件，可以连接多个电路的电力分配处。

发展特点

汇流条是一种多层层压结构的导电连接部件。采用汇流条式的结构可以大幅减少线缆连接的数量，解决电子系统高密度布局的难题。汇流条具有感抗低、抗干扰、高频滤波效果好、可靠性高、节省空间、装配简洁快捷等优异特点。从 20 世纪 60 年代开始，汇流条就作为馈电线在计算机、通讯以及军用电子设备中得到了广泛应用。20 世纪 80 年代，该馈线方式还作为对付电磁干扰的一项措施得到了进一步的发展。汇流条在电力系统、通讯基站、军工、交通运输系统、能源等领域均得到了重要的应用。随着汇流条应用领域的不断拓展，汇流条研究的突破，汇流条由最初实现电气连接到向着承担结构支撑、抑制电磁干扰、增加系统可靠性和辅助设备散热等多用途方向发展，尤其是航空电子系统中先进飞机的汇流条控制器的研究将是下一代先进飞机配电系统的发展趋势。

结构与材料

汇流条由汇流片( 导电层)与绝缘层构成，结构形式为两者依次组合叠装、铆接及封装而成。汇流片上设计引出脚与电缆焊接。

汇流条导电基体通常选用导电率优良的金属，如纯铜、黄铜和铝合金。绝缘层选用介电系数高、击穿电压高的材料，如环氧、聚酯，芳纶等。杜邦公司生产的特种绝缘高分子材料薄膜是作为汇流条绝缘夹层的比较理想的材料。选用汇流片的材料基本上有两类：纯铜板( T2) 或黄铜板( H 62)。纯铜板具有较高的导电导热性，并有良好的耐蚀性，但材质较软， σ b ≥196 Mpa( M状态)，加工后平直性较差，可应用于长度较短或竖直放置的汇流条。对于一些长度较长且水平位置放置的汇流条来讲纯铜板由于变形大，不宜采用。而黄铜板除导电性略低于纯铜板外，其他性能与纯铜板相似，但强度比纯铜板高得多，σ b ≥294 M pa( M 状态)，适用于长度较长(>2 000 mm) 及各种放置场合。

汇流条常用的绝缘层材料有环氧玻璃布层压板( 3420) 及聚酯薄膜( 6020) 和聚酰亚胺薄膜( JM) 三种。环氧玻璃布层压板具有较高的机械和介电性能，厚度从0.5mm 起都可选用，胶结性能也很好，适用于需要一定机械强度及隔离层数较少的场合。聚酰亚胺薄膜具有很高的介电性能及绝缘性能，厚度0.1mm，层厚较薄，适用于汇流片层数较多且结构紧凑的场合。聚酯薄膜的电气性能不及聚酰亚胺薄膜，应用较少。

设计要点

截面参数设计

作为电流传输的载体，汇流条传输路径上的阻抗Z( 电阻 R、电容 C 和电感 L) 是电气设计中需要优化的重要参数，它与汇流条的截面尺寸休戚相关。

热设计

汇流条的载流量与允许温升有关，这与导线载流量计算类似。在电力系统中通常采用的经验公式为：单位平方毫米所容纳的电流约为 4 A。然而经验数据没有考虑多层汇流条的叠加情况，因而在实际使用过程中，在允许温升相同的情况下，必须适当降低汇流条许用载流量或增加汇流条的截面积。

电磁抗干扰设计

减少汇流条中的电磁干扰(EMI)或射频干扰(RFI) ，可参考类似于同轴电缆屏蔽的方法，即采用地线层包裹，再对地线层进行共线连接的布局方式。这种布局方法的原理建立在法拉第电磁笼理论之上。采用这样的几何对称布局方式可以非常有效地抑制共模和差模电流，降低电磁干扰。

可靠性设计

根据汇流条应用环境不同，从可靠性角度出发，其边缘处理方式有边缘开放式、边缘压接密封和绝缘材

料边缘填充 3 种。

应用案例

B737NG电气系统

B737NG电气系统主要包括三个部分，交流电系统，直流电系统以及备用电源系统。汇流条贯穿每一个系统的角落，对飞机的电气系统发挥巨大作用。

汇流条故障举例

STANDBY PWR OFF （备用电源关）灯亮-表示以下一个或多个汇流条无电源：备用交流汇流条、备用直流汇流条、电瓶汇流条。

SOUCE OFF（电源关）灯亮-表示相应转换汇流条不是被人工选择的电源供电，而是通过电源转换而供电的，或人工选择的电源已断开。如人工选择的电源向相对转换汇流条供电，两个转换汇流条均有电。

汇流条保护

环网汇流条是飞机配电系统的基本单元，对汇流条保护就是对配电系统保护，对提高飞机配电系统的可靠性有着重要意义，下面以飞机 28.5V 直流环网汇流条保护进行讨论分析：

分析故障

在环形配电系统中，环网汇流条发生短路等故障将对飞机产生致命性危害，要提高配电系统的可靠性就要对环网汇流条进行保护，即在发生接地故障后能进行有效隔离。对于环网汇流条的保护，具体要求是故障时，故障区间保护装置不拒动，后备保护的装置不误动，为了满足以上要求，依靠 EMTP 对故障系统进行模拟，分析故障时系统中出现的变化量。环网汇流条故障可分为短路和开路。由于开路故障时，整个配电系统不会因为开路故障而遭受大的影响，因而针对环网汇流条而设计保护装置时，可以忽略开路故障这种情况。在设计汇流条保护装

置时，根据短路在配电系统中产生的变量作为分析对象，再根据具体情况设置判据，在环网拓扑结构不变的情况下，做出故障分析有双端供电情况和单端供电情况两种。

保护装置

汇流条两端分别设置汇流条保护模块，对所在汇流条进行保护。保护模型是基于突变电流、电压跌落和电流方向变化设置相应的启动判据。根据突变电流设置双重保护，突变电流+电压跌落，突变

电流+电流方向变化。根据故障情况下配电系统中出现的电流突变和电压跌落等变化设置保护整定值及启动判据，并依靠 Matlab 平台做相关的仿真试验。试验证明：新的保护方法能实现环网故障时自动隔离，确保飞机配电系统的安全性，对提高飞机配电的可靠性具有重要意义。

汇流条控制器

飞机配电系统按控制方式可分为常规式、遥控式和多路传输三种。对比三种配电方式，常规配电系统的优越性在于它在技术上己经成熟，且应用得非常广泛，但其缺点是电网重量大，空勤人员负担重。遥控配电系统由于大部分电力线不需要敷设到驾驶舱，因而可大大减轻电网重量，但其缺点是离散控制线过多，自动化程度不高。多路传输配电系统中由于采用了分布式汇流条和负载自动管理技术，用电设备就近与配电汇流条相连，由计算机通过多路传输数据总线传递控制信号和状态信息，经固态功率控制器对负载进行控制和保护，这种配电系统可以大大减轻导线重量，提高配电可靠性及自动化程度，减轻飞行人员负担，因而是下一代先进飞机配电系统的发展趋势。

传统飞机供电系统的控制和保护是由专门的模拟电路和继电器组成的，随着飞机对供电系统性能要求的提高，传统控制保护器在体积、重量、可靠性、可维护性等方面的问题越来越突出。当系统功能改动或扩展时，将导致硬件电路改动较大，降低了系统的可维护性。因此，西方发达国家首先投入大量资金，研制了汇流条控器，并成功应用于F一15、F一16等飞机上。随着微处理器技术在控制系统方面的广泛应用，大量非航空电子产品在飞机上得到应用,对飞机上供电系统的可靠性、可测试性以及故障检测定位等提出了更高的要求，数字式汇流条控制器应运而生，美国的Boeign767、Boeign777、欧洲的A320、A340以及这些国家新研制的军用飞机均采用较先进的数字式汇流条控制器。

我国经过数年的研究,也终于生产出了模拟式汇流条控制器，并已在某型军用飞机上试飞成功。他们正在对这种模拟式汇流条控制器进行数字化改造。

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