电源转换行业在产品性能、成本和制造质量方面承受着越来越大的压力。这一趋势给转换器子组件带来了具有挑战性的技术限制，导致效率、可靠性和成本效益下降。
设计合理的互连 LBB 可以有效减轻高功率转换器的过冲电压、电磁干扰、开关损耗和热应力。此步骤是强制性的，以避免可能导致转换器故障的关键故障。（图 1）。
图 1.尺寸过小的元件对转换器质量的影响。图片由 Bodo's Power Systems 提供
随着电压水平的升高，多电平转换器拓扑是限制 dv/dt 应力的解决方案，但这会使机械设计和每个导体之间电气交互的定义复杂化。
可靠、准确地确定这些参数对于紧凑性、安全性、电气稳健性以及热和磁性能问题至关重要。
母线计算器?是 LBB 制造商 MERSEN 和 GT-PowerForge 软件开发商 GAMMA TECHNOLOGIES 合作的成果，是一款提出了一种创新方法的软件，可以快速、高效、准确地收集转换器的运行条件。
在部分中，详细介绍了主要的 LBB 设计约束。在第二部分中，详细介绍了基于软件的解决方案如何帮助收集约束。
母线约束
如图 2 所示，开关器件以各种频率工作，从而产生与换向电流环路 （CCL） 的总杂散串联电感成比例增加的电压峰值。为了防止转换器超过击穿电压，需要将杂散电感降至。该参数取决于互连的几何形状和结构，例如母线，如图 3 所示。
开关频率从几到几百 kHz 会产生电流谐波，需要确定这些谐波是否适合热问题。事实上，如果 LBB 导体没有得到很好的冷却或设计，由于趋肤和邻近效应，这些谐波可能会使系统过热。
图 2. 电感对浪涌电压的影响。图片由 Bodo's Power Systems 提供
图 3.转换器的电气图。图片由 Bodo's Power Systems 提供
为了说明这种现象，图 4 显示了在 70 °C 时电流密度映射、热加热和温度与通过铜排的电流频率的函数关系。
图 4.不同频率下电流密度和热热的趋肤效应。图片由 Bodo's Power Systems 提供
这些结果来自 Comsol Multiphysics，这是一款跨平台的有限元分析、求解器和多物理场仿真软件。
可以观察到，高频时边缘的电流密度高于低频，它会导致热点区域的温度升高 35 °C，这可能会使 LBB 分层，并终导致导体短路。
更一般地说，dv/dt 增加的趋势会诱发临界事件，如局部放电 （PD） 和电气击穿。因此，有必要为正确的应用参考正确的标准，以正确定义电气测试电压和绝缘协调，包括电气间隙和爬电距离。
必须区分电气间隙和爬电距离，如图 5 所示。具有足够的绝缘距离可以防止气隙电离以及随后的闪络或电气跟踪故障。
图 5.表示间隙和爬电距离。图片由 Bodo's Power Systems 提供
LBB 设计过程中的所有这些关键要素（电感、热加热、PD、绝缘距离）都会导致相反的要求，应特别注意热、电和磁约束之间的折衷。任何类型的偏差都可能导致转换器立即或延迟故障，从而可能造成人为风险。
目前，没有转换器设计工具会考虑将所有元件将无源和有源元件互连在一起，以实现更好的设计过程和优化。
使用母线计算器?，可以将转换器的完整工作条件以及技术和环境互连要求作为输入条件，以计算设计 LBB 所需的转换器输出。它努力通过其完整设计的所有利益相关者标准化和传达母线排技术要求，并在设计阶段开始时考虑约束条件。整体将在下一节中解释。
Mersen 母线计算器?
什么是 GT-PF 插件，母线计算器?？
所介绍的母线 App 母线计算器?基于 GT-PF，GT-PF 是 GT 开发的多物理场求解器，处理电气、热和磁物理，以涵盖电源转换器设计的复杂性。
图 6.母线应用标准。图片由 Bodo's Power Systems 提供
MERSEN 在 GT-PF 上添加了母线计算器?应用程序，计算 LBB 的关键电气规格，提供所有值，帮助设计人员在几十秒内制作各种转换器拓扑中的母线。
母线计算器?中的输入条件
为了以化的方式设计 LBB，必须收集设计所需的所有工作参数，从转换器的应用领域开始。例如，考虑用于铁路应用的转换器。通过对图 6 中母线应用的所有标准进行分析和分类，可以选择合适的标准来正确定义绝缘配合和鉴定测试。
除航空外，每个申请至少有一个专用标准，允许定义：
电气间隙和爬电距离
介电测试
清除率测试
校正系数取决于海拔高度
根据应用的不同，该设备不会受到相同的环境限制和设计要求变化的影响。例如，在 5 kV 且过电压类别为 3 时，间隙距离可以随 x4 比率变化，如图 7 所示。
图 7.针对不同应用的间隙计算。图片由 Bodo's Power Systems 提供
对于航空设备，对间隙应用校正系数以考虑高度（或压力），但没有专门的标准有助于定义低压气氛的电气测试以鉴定产品。对于高测试电压 （> 5 kVrms），标准不是自给自足的，必须通过内部设计规则调整设计以加强 LBB 的绝缘部分。
然后，转换器的电气运行参数对于正确确定开关元件互连的尺寸至关重要。还必须填充转换器拓扑和开关频率，以便软件正确计算每个分支中的电压和电流。（图 8）。
图 8.三相 DC/AC 转换器拓扑的电气工作参数。图片由 Bodo's Power Systems 提供
在此示例中：
Udc = 2000 V + Uac = 400 V
功率 = 200 kW
开关频率 = 20 kHz
3 电平 T 型转换器拓扑
从转换器设计阶段的一开始，就必须填充构成 LBB 的导体和转换器环境，以将所有约束因素一起考虑，从而优化整个系统。（图 9）。
图 9.用于 3D 模型定义的母线设计元素。图片由 Bodo's Power Systems 提供
Bus Bar Calculator 中的输入编译只需 10 到 30 秒。显示的个信息是图 10 中转换器的电气原理图。
图 10.由 GT-PF 生成的 3 电平 T 型转换器拓扑的电气原理图。图片由 Bodo's Power Systems 提供
母线计算器?的输出
单击每个节点，提供通过所考虑节点的交流和直流电压和电流。它还显示通过每个导体的 RMS 电流值，如图 11 和傅里叶变换所示，考虑到集肤和邻近效应对热的影响，这是非常必要的。
图 11.通过所有导体的 RMS 电流表值。图片由 Bodo's Power Systems 提供
互连中每个导体之间的和重复峰值电压（用于计算绝缘距离和电气测试）总结在一个表格中，以简化和加快设计阶段，如图 12 所示。
为了介绍 PD 测试，图 13 中提出了 PD 测试计算和图形测试的寻址标准，以解释将应用于 LBB 的电气约束。
图 12.转换器每个导体之间的电压。图片由 Bodo's Power Systems 提供
考虑到导体和转换器应用之间的电压，可以计算 PD 测试电压的 2 个步骤，以告知用户测试是否是强制性的。（图 14）。
图 13. 局部放电标准和图表。图片由 Bodo's Power Systems 提供
图 14.局部放电测试电压计算。图片由 Bodo's Power Systems 提供
