Flexible Laminated Busbars: Vibration, Thermal Expansion & Design Rules

Una barra laminada flexible es una pila de láminas de cobre delgadas y apiladas, separadas por dieléctrico en las áreas rígidas de unión, pero dejadas sin aislar y libres de moverse en una zona flexible entre dos extremos montados. Es una barra laminada en la que se corta una sección de flexión; en lugar de un plano positivo y negativo pegados todo el largo, las láminas se separan en el medio para permitir movimiento entre dos puntos fijos.

Es distinta de un cable trenzado por las mismas razones que la barra laminada es mejor que el cable; baja inductancia, sección plana, disipación de calor, y sin tensión de alambres individuales. Pero a diferencia de la barra rígida, permite que dos puntos de conexión se muevan entre sí; vibración, expansión térmica, tolerancias de ensamblaje; sin que la unión se fatigue.

En equipos en movimiento; vehículos, material rodante, maquinaria pesada; una unión rígida entre dos puntos de conexión fijos es un problema. La vibración del camino o motor excita la barra como una viga en voladizo, y en unión atornillada la fatiga del material y el aflojamiento del perno siguen. Una barra rígida atornillada entre un módulo que vibra y un chasis frio eventualmente fisurará en un punto de unión.

La barra flexible resuelve esto al llevar el movimiento en la zona flexible intermedia, no en las uniones. Las dos pinzas de montaje permanecen estáticas en sus puntos de conexión; la zona flexible entre ellas dobla con la vibración sin ciclar la unión atornillada. Es el mismo principio que un fuelle de expansión, aplicado a un conductor.

Cuando dos materiales diferentes; un módulo de potencia de aluminio y un disipador de cobre; se unen con una barra rígida, la diferencia en coeficiente de expansión térmica genera tensión mecánica cada vez que la temperatura cambia. Con el tiempo, esa tensión cíclica relaja el perno y levanta la resistencia de contacto.

Una barra flexible absorbe esa diferencia de expansión en su zona flexible. Los dos extremos se atornillan a sus respectivos componentes, y la zona flexible se dobla ligeramente para acomodar la diferencia de expansión térmica sin cargar ninguna unión.

La zona flexible es eléctricamente parte de la barra; conduce la misma corriente que las secciones rígidas. Pero térmicamente es diferente; sin la disipación de calor de un plano laminado continuo, y con las láminas separadas. Las clasificaciones para la zona flexible se conservadoras; aproximadamente el 70-80% de la clasificación de la sección rígida equivalente. El diseño apila suficientes láminas para mantener la densidad de corriente en el lado seguro.

La zona rígida en cada extremo retiene todas las propiedades de la barra laminada; baja inductancia, PD controlada, dieléctrico. Es solo la zona de flexión la que se dimensiona con margen.

Use una barra flexible cuando dos puntos de conexión se mueven entre sí, o cuando las tolerancias de ensamblaje harían que una barra rígida sea imposible de instalar sin forzar. Es común en conexiones de pack de batería, entre módulos de potencia y disipadores, y en tracción entre convertidores montados sobre el chasis. Para conexiones estáticas donde no hay movimiento, la barra rígida es más barata y más simple.

Mantenga la zona flexible lo más corta posible; cada mm extra de flexión añade resistencia e inductancia. Coloque las uniones en las zonas rígidas, nunca en la zona flexible. El radio de curvatura en la zona flexible debe ser al menos 10 veces el espesor total de la pila de láminas para evitar fatiga. Y verifique que la zona flexible no toca ninguna otra pieza durante su ciclo de movimiento completo.