Navrhování jakékoli PCB je náročné, zejména když se zařízení zmenšují a zmenšují. Konstrukce PCB s vysokým proudem je ještě složitější, protože má všechny stejné překážky a vyžaduje další sadu jedinečných faktorů, které je třeba zvážit.
Odborníci předpovídají, že poptávka po vysoce výkonných zařízeních se pravděpodobně do roku 2030 zvýší, aby dosáhla dvojciferného ročního míry růstu pro průmyslovou internetovou internetu. Zde je sedm kroků k optimalizaci návrhu PCB ve vysoce proudu elektroniky pro tento trend.

1. Uvolte dostatečnou velikost kabelu
Velikost řádku je jedním z nejdůležitějších návrhových úvah pro vysoce aktuální PCB. Zapojení mědi má tendenci být miniaturizován pro více kompaktních návrhů, ale to nefunguje ve vyšších proudech. Malý průřez může vést ke ztrátě energie při rozptylu tepla, takže je zapotřebí vhodně velká velikost stopy.
Můžete změnit průřezovou plochu drátu nastavením dvou faktorů: šířka drátu a tloušťka mědi. Vyvážení těchto dvou je klíčem ke snížení spotřeby energie a udržování ideální velikosti PCB.
Pomocí kalkulačky šířky linky PCB se zjistěte, které šířky a tloušťky podporují typ proudu požadovaného pro vaše zařízení. Při používání těchto nástrojů buďte opatrní při navrhování velikosti kabeláže na podporu vyšších proudů, než si myslíte, že potřebujete.

2. Umístění komponenty
Rozložení komponenty je dalším klíčovým posouzením v designu PCB s vysokým proudem. MOSFETS a podobné komponenty generují hodně tepla, takže je důležité je udržovat tak izolované od ostatních horkých nebo teplotních míst. To není vždy snadné při řešení snížených faktorů formy.
Zesilovače a převodníky by měly být udržovány ve vhodné vzdálenosti od MOSFETS a dalších topných prvků. I když může být lákavé udržovat zónu s vysokým výkonem na okraji, neumožňuje to jednotné rozdělení teploty. Místo toho jsou umístěny v přímce napříč deskou, aby si udržely energii, což zvyšuje teplo.
Nejprve se blížíte k nejvlivnějším oblastem, je snazší určit ideální komponenty. Nejprve určete ideální umístění pro komponenty s vysokou teplotou. Jakmile víte, kam je umístit, můžete zbytek použít k vyplnění mezer.

3.Optimalizovat správu rozptylu tepla
Podobně vyžadují pečlivé tepelné řízení vysokých proudů. Pro většinu aplikací to znamená udržet vnitřní teplotu pod 130 stupňů Celsia pro teplotu přechodu skleněných laminátů FR4. Optimalizace umístění komponent pomůže, ale vaše kroky minimalizace tepla se tam musí zastavit.
Pro menší počítačové počítače spotřební elektroniky může stačit přirozené chlazení konvekce, ale nemusí být dostačující pro aplikace s vyšším výkonem. Mohou být nezbytné mechanické radiátory. Pomáhá také aktivní chlazení, jako jsou ventilátory nebo tekuté chladicí systémy kolem MOSFETS. Některé návrhy zařízení však nemusí být dostatečně velké, aby vyhovovaly tradičním radiátorům nebo aktivnímu chlazení.
U menších, ale vysoce výkonných PCB je užitečnou alternativou rozptyl tepla prostřednictvím otvorů. Vysoce vodivý kov s řadou nalitých děr odstraní teplo z MOSFETS nebo podobných součástí, než dosáhne citlivějších oblastí.

4. Použijte správné materiály
Výběr materiálu bude velkým přínosem při optimalizaci tepelného řízení a zajištění toho, aby komponenty vydržely vyšší proudy. To platí pro komponenty a substráty PCB.
Ačkoli FR4 je nejběžnějším substrátem, není to vždy nejlepší volba pro návrhy PCB s vysokým proudem. PCB s kovovým jádrem mohou být ideální, protože vyvažují izolaci a nákladovou efektivitu substrátů, jako je FR4, se sílou a teplotou přemístění vysoce vodivých kovů. Alternativně někteří výrobci vytvářejí speciální lamináty odolné proti teplu, které byste mohli zvážit.
Opět byste měli používat pouze komponenty s vysokými hodnotami tepelné odolnosti. Někdy to znamená výběr materiálů, které jsou více odolné proti teplu, zatímco v jiných případech to znamená použití silnějších komponent stejného materiálu. Která možnost je nejlépe záleží na vaší velikosti PCB, rozpočtu a dostupných dodavatelích.

5. Vylepšete proces kontroly kvality
Spolehlivost vysoce proudových PCB je také otázkou hledání chyb ve výrobě. Pokud výrobní proces nemůže najít a řešit vady, které kompenzují jeho výhody, pak výše uvedené čtyři návrhové volby nepřinesou mnoho zlepšení. Důležité jsou také spolehlivější kontroly kvality pro prototypy.
Použití správných nástrojů k vyhodnocení kvality PCB je jedním z nejdůležitějších úvah v terénu. Digitální optické komparátory jako šablony a kryty překonávají tradiční metody, jak se v průběhu času natahují a zkreslují, což brání jejich spolehlivosti. Měli byste také zvážit nástroje, které lze snadno automatizovat, aby se minimalizovalo riziko lidské chyby.
Bez ohledu na konkrétní metody a techniky, které používáte, je sledování všech vad kritické. V průběhu času mohou tato data odhalit trendy ve vzniku problémů a poskytovat spolehlivější změny návrhu PCB.

6. Návrh smanitability
Podobným, ale často přehlíženým faktorem v designu PCB s vysokým proudem je zajištění snadné výroby. Pokud jsou chyby výroby tak běžné, že zařízení jen zřídka splňuje specifikace na papíře, nezáleží na tom, jak spolehlivá je PCB teoreticky.
Řešením je zabránit příliš složitým nebo složitým návrhům. Při navrhování vysokých PCB, mějte na paměti výrobní proces, vzhledem k tomu, jak by je tyto pracovní postupy mohly vyvolat a jaké problémy by mohly nastat. Čím snazší můžete vyrobit bezchybné produkty, tím spolehlivější budou.
Tento krok vyžaduje úzkou spolupráci se zúčastněnými stranami výroby. Pokud nezvládnete výrobu vlastního, zapojte své výrobní partnery do fáze návrhu, abyste získali jejich vstup do potenciálních problémů s výrobou.

7. Využijte technologii ve svůj prospěch
Nové techniky plánování a výroby mohou tyto úvahy usnadnit. 3D tisk představuje větší flexibilitu designu pro podporu složitějších rozložení PCB bez chyb výroby. Jeho přesnost také umožňuje zajistit, aby kabeláž mědi následovala spíše křivku než pravý úhel, aby se zkrátila jeho délka a minimalizovala spotřebu energie
Umělá inteligence je další technologie, která stojí za prozkoumání. Nástroje PCB AI mohou automaticky umístit komponenty nebo zdůraznit potenciální problémy s návrhem, aby se zabránilo objevení chyb v reálném světě. Podobná řešení mohou simulovat různá testovací prostředí pro vyhodnocení výkonu PCB před produkcí fyzických prototypů.

Konstrukce PCB s vysokým proudem vyžaduje opatrnost
Navrhování spolehlivého vysokofritivného PCB není snadné, ale není nemožné. Po těchto sedmi krocích vám pomůže optimalizovat proces návrhu a vytvořit efektivnější vysoce výkonná zařízení.
Jak průmyslový internet věcí roste, tyto úvahy budou ještě důležitější. Jejich přijetí nyní bude klíčem k dalšímu úspěchu v budoucnosti.