Dissenyar qualsevol PCB és un repte, sobretot perquè els dispositius es fan més petits. El disseny de PCB de gran corrent és encara més complex perquè té tots els mateixos obstacles i requereix un conjunt addicional de factors únics a tenir en compte.
Els experts prediuen que la demanda de dispositius d’alta potència probablement augmentarà per aconseguir taxes de creixement anuals de dos dígits per a l’IOT industrial fins al 2030. Aquí hi ha set passos per optimitzar el disseny del PCB en electrònica de gran corrent per a aquesta tendència.

1. Desperta la mida del cable suficient
La mida de la línia és una de les consideracions de disseny més importants per a PCB de gran corrent. El cablejat de coure ha tendit a ser miniaturitzat per a dissenys més compactes, però això no funciona en corrents més alts. Una petita secció pot provocar pèrdues d’energia mitjançant la dissipació de calor, de manera que es requereix una mida de pista adequadament gran.
Podeu canviar l’àrea de secció del filferro ajustant dos factors: l’amplada del filferro i el gruix del coure. L’equilibri d’aquests dos és la clau per reduir el consum d’energia i mantenir la mida ideal del PCB.
Utilitzeu la calculadora de l'amplada de la línia PCB per aprendre quines amplades i gruixos admeten el tipus de corrent necessari per al vostre dispositiu. Quan utilitzeu aquestes eines, tingueu cura de dissenyar la mida del cablejat per suportar corrents més alts del que creieu que necessiteu.

2. Reteneu la col·locació de components
La disposició dels components és una altra consideració clau en el disseny de PCB de gran corrent. Els mosfets i components similars generen molta calor, per la qual cosa és important mantenir-los el més aïllats d’altres taques calentes o sensibles a la temperatura possible. Això no sempre és fàcil quan es tracta de factors de forma reduïts.
Els amplificadors i els convertidors s’han de mantenir a una distància adequada de MOSFETS i d’altres elements de calefacció. Tot i que pot ser temptador mantenir una zona d’alta potència a la vora, això no permet una distribució uniforme de temperatura. En canvi, es col·loquen en línies rectes a través de la taula per retenir energia, cosa que fa que la calor sigui més uniforme.
En acostar -se primer a les zones més influents, és més fàcil determinar els components ideals. Primer, determineu la ubicació ideal per als components d’alta temperatura. Un cop sàpigues on posar -los, podeu utilitzar la resta per emplenar els buits.

3. Optimitzar la gestió de la dissipació de la calor
De la mateixa manera, els PCB d’alt corrent també requereixen una gestió tèrmica acurada. Per a la majoria d’aplicacions, això significa mantenir la temperatura interna per sota dels 130 graus centígrads per a la temperatura de transició del vidre dels laminats FR4. L’optimització de la col·locació de components us ajudarà, però els vostres passos de minimització de calor s’han d’aturar.
El refredament de convecció natural pot ser suficient per als PCB d’electrònica de consum menor, però pot ser que no sigui suficient per a aplicacions d’energia més elevada. Els radiadors mecànics poden ser necessaris. El refredament actiu, com ara ventiladors o sistemes de refrigeració de líquids al voltant dels MOSFETS. Tot i això, és possible que alguns dissenys de dispositius no siguin prou grans per adaptar -se als radiadors tradicionals o al refredament actiu.
Per a PCBs més petits però d’alt rendiment, la dissipació de calor a través dels forats és una alternativa útil. Un metall altament conductor amb una sèrie de forats abocats eliminarà la calor dels mosfets o components similars abans que arribi a zones més sensibles.

4. Utilitzeu els materials adequats
La selecció de materials serà de gran benefici a l’hora d’optimitzar la gestió tèrmica i garantir que els components puguin suportar corrents més alts. Això s'aplica als components i substrats de PCB.
Tot i que FR4 és el substrat més comú, no sempre és la millor opció per a dissenys de PCB de gran corrent. Els PCB del nucli metàl·lic poden ser ideals perquè equilibren l’aïllament i la rendibilitat dels substrats com FR4 amb el desplaçament de la força i la temperatura de metalls altament conductors. Alternativament, alguns fabricants fan laminats especials resistents a la calor que podríeu considerar.
Un cop més, només heu d’utilitzar components amb valors d’alta resistència tèrmica. De vegades, això significa triar materials més resistents a la calor, mentre que en altres casos significa utilitzar components més gruixuts del mateix material. Quina opció és millor depèn de la mida del PCB, el pressupost i els proveïdors disponibles.

5. Improveu el procés de control de qualitat
La fiabilitat dels PCB de gran corrent també és una qüestió de trobar errors en la producció. Si el procés de fabricació no pot trobar i abordar els defectes que compensin els seus avantatges, les quatre opcions de disseny anteriors no produiran gaire millora. També són importants comprovacions de qualitat més fiables per a les iteracions de prototips.
Utilitzar les eines adequades per avaluar la qualitat d’un PCB és una de les consideracions més importants del camp. Els comparadors òptics digitals, ja que les plantilles i els recobriments superen els mètodes tradicionals a mesura que s’estenen i distorsionen amb el pas del temps, dificultant la seva fiabilitat. També heu de considerar eines fàcils d’automatitzar per minimitzar el risc d’error humà.
Independentment dels mètodes i tècniques específiques que utilitzeu, el seguiment de tots els defectes és fonamental. Amb el pas del temps, aquestes dades poden revelar les tendències en l’aparició de problemes, proporcionant canvis de disseny de PCB més fiables.

6. Disseny de fabricabilitat
Un factor similar però sovint oblidat en el disseny de PCB de gran corrent és garantir la facilitat de fabricació. Si els errors de producció són tan habituals que el dispositiu rarament compleix les especificacions del paper, no importa la fiable que és el PCB en teoria.
La solució és evitar els dissenys massa complexos o complicats el màxim possible. A l’hora de dissenyar PCB de gran corrent, tingueu en compte el vostre procés de fabricació, tenint en compte com poden produir aquests fluxos de treball i quins problemes poden sorgir. Com més fàcil pugueu fer productes sense errors, més fiables seran.
Aquest pas requereix una estreta cooperació amb els grups d'interès de producció. Si no gestioneu la fabricació a casa, involucreu els vostres socis de producció en la fase de disseny per obtenir la seva aportació sobre possibles problemes de fabricació.

7. Utilitzeu la tecnologia al vostre avantatge
Les noves tècniques de planificació i producció poden facilitar l’equilibri d’aquestes consideracions. La impressió 3D introdueix més flexibilitat del disseny per suportar dissenys de PCB més complexos sense errors de producció. La seva precisió també permet assegurar -se que el cablejat de coure segueix una corba en lloc d’un angle recte per reduir la seva longitud i minimitzar el consum d’energia
La intel·ligència artificial és una altra tecnologia que val la pena investigar. Les eines de PCB AI poden situar automàticament components o ressaltar problemes de disseny potencials per evitar que apareguin errors al món real. Solucions similars poden simular diferents entorns de prova per avaluar el rendiment dels PCB abans de produir prototips físics.

El disseny de PCB de gran corrent requereix precaució
Dissenyar un PCB de gran corrent fiable no és fàcil, però no és impossible. Seguint aquests set passos us ajudarà a optimitzar el vostre procés de disseny per crear dispositius de gran potència més eficients.
A mesura que l’Internet industrial de les coses creix, aquestes consideracions seran encara més importants. Abracar -los ara serà la clau de l’èxit continuat en el futur.