储能 PCS 母排设计探讨
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2025
1.
探讨课题
储能 PCS 中叠层母排方案的设计探讨和优化
2. 探讨范围
本文旨在探讨：
2.1. 储能柜体功率 MW 级，额定电压 1000~1800V，额定电流 1000~2000A
2.2. 局部放电不在此探讨范围内
3. 内容
如图所示，目前市面上比较典型的这种结构是 3 电平构，由 1 个电容母排和 3 个 igbt 母排
接构成。
这种排布方式存在三大核心弊端：
3.1. 载流成本高：IGBT 采用从下到上的排列结构，导致 IGBT 母排宽度较窄；在大电流工
况下，需大幅增加铜材厚度（通常需 4 毫米甚至 5 毫米）才能满足载流需求，显著
提升材料成本。
3.2. 散热性能差：该设计由六层铜板组成，多层厚铜板叠加会严重阻碍热量传导，无法快
速将 IGBT 工作时产生的热量导出，影响模块长期稳定运行。
3.3. 电流路径不平衡：排布结构导致流向 IGBT 正极端与负极端的电流路径长度、截面积
不一致，易产生寄生电感差异，引发电流分配不均，可能加剧器件局部损耗，甚至影
响开关特性。
4. 优化排布建议
4.1. 调整 IGBT 排列方向：将 IGBT 改为水平并列排布，在不增加模块整体体积的前提下，
显著拓宽母排宽度，可将铜材厚度从 4-5 毫米降至 2-3 毫米，同时降低电流密度，
减少发热。
4.2. 优化母排层数与结构：减少铜板层数，
4.3. 对称化电流路径设计：根据 IGBT 正负极位置，对称规划母排走线，确保正、负极电
流路径长度、截面积一致，降低寄生电感，实现电流均匀分配，减少器件损耗
垵捷科技(苏州)有限公司
A&J Link Technologies (Suzhou) Co., Ltd
5. 优化效果
5.1. 电流特性显著提升：电流路径对称化、长度缩短且母排宽度增加，使电流分配更均衡
（均匀度≥95%）；同时总寄生电感从原设计的 32nH 降至 25nH，正负极电感差值从
20%-30%缩小至 5%以内，大幅优化模块开关特性与抗干扰能力，减少开关损耗。
5.2. 成本与体积双重优化：铜材厚度从 4-5 毫米减半至 2-3 毫米，层数从 6 层精简至
4 层，材料成本降低约 35%-40%；同时模块整体厚度降低 60%，更适配紧凑的安装场
景。在 65℃环境温度下，模块最高点温度仅为 80℃，铜排温升控制在 15℃以内，可
有效延长 IGBT 器件寿命（预计寿命延长 20%-25%），保障模块在大电流工况下的长期
稳定运行。
值得一提的是，这个设计通过采用叠层母排连接交流输出端，可以充分利用 IGBT 模块上交
流输出端的空间，使该段铜排能够适当加宽。相比之下，国内常见设计在交流输出端采用单
体铜排，导致叠层母排在此处需做避让，无法有效利用该部分空间，不仅增加了铜材厚度要
求，也降低了整体空间利用率。
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