At designe enhver PCB er udfordrende, især når enheder bliver mindre og mindre. PCB-design med høj strøm er endnu mere kompliceret, fordi det har alle de samme hindringer og kræver et ekstra sæt unikke faktorer at overveje.
Eksperter forudsiger, at efterspørgslen efter enheder med høj effekt sandsynligvis vil stige for at opnå dobbeltcifrede årlige vækstrater for den industrielle IoT i 2030. Her er syv trin til at optimere PCB-design i højstrømselektronik til denne tendens.

1
Linjestørrelse er en af ​​de vigtigste designovervejelser for høje nuværende PCB'er. Kobberledninger har haft en tendens til at blive miniaturiseret for mere kompakte design, men dette fungerer ikke ved højere strømme. Et lille tværsnit kan føre til effekttab gennem varmeafledning, så der kræves en passende stor sporstørrelse.
Du kan ændre tværsnitsarealet af ledningen ved at justere to faktorer: bredden af ​​ledningen og kobberens tykkelse. At afbalancere disse to er nøglen til at reducere strømforbruget og opretholde den ideelle PCB -størrelse.
Brug PCB -linjens breddeberegner til at lære, hvilke bredder og tykkelser, der understøtter den type strøm, der kræves til din enhed. Når du bruger disse værktøjer, skal du være forsigtig med at designe ledningsstørrelsen til at understøtte højere strømme, end du tror, ​​du har brug for.

2. Rethink -komponentplacering
Komponentlayout er en anden vigtig overvejelse i PCB-design med høj strøm. MOSFET'er og lignende komponenter genererer meget varme, så det er vigtigt at holde dem så isoleret fra andre varme eller temperaturfølsomme pletter som muligt. Dette er ikke altid let, når man beskæftiger sig med reducerede formfaktorer.
Forstærkere og konvertere skal opbevares i en passende afstand fra MOSFET'er og andre varmeelementer. Selvom det kan være fristende at opretholde en høj effektzone i kanten, tillader dette ikke en ensartet temperaturfordeling. I stedet placeres de i lige linjer overalt for at bevare energi, hvilket gør varmen mere jævn.
Ved først at nærme sig de mest indflydelsesrige områder er det lettere at bestemme de ideelle komponenter. Bestem først den ideelle placering for høje temperaturkomponenterne. Når du ved, hvor du skal placere dem, kan du bruge resten til at udfylde hullerne.

3. Opmætter styring af varmeafledning
Tilsvarende kræver høj nuværende PCB også omhyggelig termisk styring. For de fleste applikationer betyder det at holde den indre temperatur under 130 grader celsius for glasovergangstemperaturen for FR4 -laminater. Optimering af komponentplacering hjælper, men dine varmeminimeringstrin skal stoppe der.
Naturlig konvektionskøling kan være tilstrækkelig til mindre PCB'er for forbrugerelektronik, men er muligvis ikke tilstrækkelig til højere strømanvendelser. Mekaniske radiatorer kan være nødvendige. Aktiv køling som fans eller væskekølesystemer omkring MOSFETs hjælper også. Imidlertid er nogle enhedsdesign muligvis ikke store nok til at rumme traditionelle radiatorer eller aktiv køling.
For mindre, men højtydende PCB'er er varmeafledning gennem huller et nyttigt alternativ. Et meget ledende metal med en række hældte huller vil fjerne varmen fra MOSFET'er eller lignende komponenter, før det når mere følsomme områder.

4. Brug de rigtige materialer
Valg af materialet vil være til stor fordel, når man optimerer termisk styring og sikrer, at komponenter kan modstå højere strømme. Dette gælder for PCB -komponenter og substrater.
Selvom FR4 er det mest almindelige underlag, er det ikke altid det bedste valg til højstrøm PCB-design. Metal-core PCB'er kan være ideelle, fordi de afbalancerer isolering og omkostningseffektivitet af substrater, såsom FR4 med styrken og temperaturforskydningen af ​​stærkt ledende metaller. Alternativt fremstiller nogle producenter specielle varmebestandige laminater, som du måske overvejer.
Igen skal du kun bruge komponenter med høje termiske modstandsværdier. Nogle gange betyder dette at vælge materialer, der er mere varmebestandige, mens det i andre tilfælde betyder at bruge tykkere komponenter af det samme materiale. Hvilken mulighed er bedst afhænger af din PCB -størrelse, budget og tilgængelige leverandører.

5. Forbinder kvalitetskontrolprocessen
Pålideligheden af ​​højstrøm PCB'er er også et spørgsmål om at finde fejl i produktionen. Hvis fremstillingsprocessen ikke kan finde og adressere defekter, der udligner dens fordele, giver de ovennævnte fire designvalg ikke meget forbedring. Mere pålidelig kvalitetskontrol for prototype -iterationer er også vigtige.
Brug af de rigtige værktøjer til at evaluere kvaliteten af ​​en PCB er en af ​​de vigtigste overvejelser på området. Digitale optiske komparatorer som skabeloner og belægninger overgår traditionelle metoder, når de strækker sig og forvrænger over tid, hvilket hindrer deres pålidelighed. Du skal også overveje værktøjer, der er lette at automatisere for at minimere risikoen for menneskelig fejl.
Uanset de specifikke metoder og teknikker, du bruger, er det kritisk at spore alle defekter. Over tid kan disse data afsløre tendenser i fremkomsten af ​​problemer og give mere pålidelige PCB -designændringer.

6. Fremstillingsevne design
En lignende, men ofte overset faktor i højstrøm PCB-design, sikrer let fremstilling. Hvis produktionsfejl er så almindelige, at enheden sjældent opfylder specifikationerne på papiret, betyder det ikke noget, hvor pålidelig PCB er i teorien.
Løsningen er at undgå alt for komplekse eller indviklede design så meget som muligt. Når du designer højstrøms-PCB'er, skal du huske din fremstillingsproces i betragtning af, hvordan disse arbejdsgange kan producere dem, og hvilke problemer der kan opstå. Jo lettere du kan lave fejlfrie produkter, jo mere pålidelige vil de være.
Dette trin kræver et tæt samarbejde med produktionsinteressenter. Hvis du ikke håndterer fremstillingen internt, skal du involvere dine produktionspartnere i designfasen for at få deres input til potentielle produktionsproblemer.

7. Brug teknologi til din fordel
Nye planlægnings- og produktionsteknikker kan gøre afbalancering af disse overvejelser lettere. 3D -udskrivning introducerer mere designfleksibilitet til at understøtte mere komplekse PCB -layouts uden produktionsfejl. Dens præcision giver dig også mulighed for at sikre, at kobberledningen følger en kurve snarere end en rigtig vinkel for at reducere dens længde og minimere strømforbruget
Kunstig intelligens er en anden teknologi, der er værd at undersøge. AI PCB -værktøjer kan automatisk placere komponenter eller fremhæve potentielle designproblemer for at forhindre fejl i at vises i den virkelige verden. Lignende opløsninger kan simulere forskellige testmiljøer for at evaluere ydelsen af ​​PCB'er, før de producerer fysiske prototyper.

Høj nuværende PCB -design kræver forsigtighed
Det er ikke let at designe en pålidelig PCB med høj strøm, men det er ikke umuligt. Efter disse syv trin hjælper du dig med at optimere din designproces til at skabe mere effektive enheder med høj effekt.
Efterhånden som det industrielle internet for tingene vokser, vil disse overvejelser blive endnu vigtigere. At omfavne dem nu vil være nøglen til fortsat succes i fremtiden.