Das Entwerfen einer PCB ist eine Herausforderung, insbesondere wenn Geräte immer kleiner werden. Das Hochstrom-PCB-Design ist noch komplexer, da es die gleichen Hindernisse hat und eine zusätzliche Anzahl einzigartiger Faktoren erfordert.
Experten gehen davon aus, dass die Nachfrage nach Hochleistungsgeräten bis 2030 voraussichtlich zweistellige jährliche Wachstumsraten für das industrielle IoT erreicht. Hier sind sieben Schritte zur Optimierung des PCB-Designs in Hochstrom-Elektronik für diesen Trend.

1.Seur ausreichend Kabelgröße
Die Liniengröße ist eine der wichtigsten Konstruktionsüberlegungen für hochstromige PCBs. Kupferverkabelung wurde für kompaktere Designs in der Regel miniaturisiert, dies funktioniert jedoch bei höheren Strömungen nicht. Ein kleiner Querschnitt kann durch Wärmeissipation zu Stromverlust führen, sodass eine angemessen große Spurgröße erforderlich ist.
Sie können die Querschnittsfläche des Drahtes ändern, indem Sie zwei Faktoren einstellen: die Breite des Drahtes und die Dicke des Kupfers. Das Ausgleich dieser beiden ist der Schlüssel zur Reduzierung des Stromverbrauchs und zur Aufrechterhaltung der idealen PCB -Größe.
Verwenden Sie den PCB -Leitungs -Breitenrechner, um zu erfahren, welche Breiten und Dicken die für Ihr Gerät erforderliche Stromtyp unterstützen. Achten Sie bei der Verwendung dieser Tools darauf, die Verkabelungsgröße so zu entwerfen, dass höhere Ströme unterstützt werden, als Sie glauben.

2. Platzierung der Komponenten
Das Komponentenlayout ist eine weitere wichtige Überlegung beim Hochstrom-PCB-Design. MOSFETs und ähnliche Komponenten erzeugen viel Wärme. Daher ist es wichtig, sie so isoliert von anderen heißen oder temperaturempfindlichen Stellen wie möglich zu halten. Dies ist nicht immer einfach, wenn Sie mit reduzierten Formfaktoren umgehen.
Verstärker und Wandler sollten in einem angemessenen Abstand von MOSFETs und anderen Heizelementen gehalten werden. Es kann zwar verlockend sein, eine Hochleistungszone am Rande aufrechtzuerhalten, dies ermöglicht jedoch keine gleichmäßige Temperaturverteilung. Stattdessen werden sie auf der ganzen Linie in geraden Linien platziert, um Energie zu erhalten, was die Wärme gleichmäßiger macht.
Durch die Annäherung an die einflussreichsten Bereiche zuerst ist es einfacher, die idealen Komponenten zu bestimmen. Bestimmen Sie zunächst den idealen Ort für die Hochtemperaturkomponenten. Sobald Sie wissen, wo Sie sie platzieren müssen, können Sie den Rest verwenden, um die Lücken zu füllen.

3. Optimieren
In ähnlicher Weise erfordern Hochstrom -PCBs auch ein sorgfältiges thermisches Management. Für die meisten Anwendungen bedeutet dies, dass die Innentemperatur für die Glasübergangstemperatur von FR4 -Laminaten unter 130 Grad Celsius bleibt. Die Optimierung der Komponentenplatzierung hilft, aber Ihre Wärmeminimierungsschritte müssen dort aufhören.
Die natürliche Konvektionskühlung kann für kleinere PCBs der Unterhaltungselektronik ausreichen, aber für höhere Stromversorgungsanwendungen nicht ausreicht. Mechanische Kühler können erforderlich sein. Aktive Kühlung wie Lüfter oder Flüssigkühlsysteme rund um die MOSFETs hilft ebenfalls. Einige Gerätedesigns sind jedoch möglicherweise nicht groß genug, um herkömmliche Kühler oder aktive Kühlung aufzunehmen.
Für kleinere, aber leistungsstarke PCBs ist die Wärmeableitung durch Löcher eine nützliche Alternative. Ein hochleitendes Metall mit einer Reihe gegossener Löcher entzieht den Wärme aus MOSFETs oder ähnlichen Komponenten, bevor es empfindlichere Bereiche erreicht.

4. Verwenden Sie die richtigen Materialien
Die Materialauswahl ist von großem Nutzen bei der Optimierung des thermischen Managements und der Sicherstellung, dass Komponenten höhere Ströme standhalten können. Dies gilt für PCB -Komponenten und Substrate.
Obwohl FR4 das häufigste Substrat ist, ist es nicht immer die beste Wahl für hochstromige PCB-Designs. Metall-Core-PCBs können ideal sein, da sie die Isolierung und Kosteneffizienz von Substraten wie FR4 mit der Festigkeit und Temperaturverschiebung hochleitender Metalle ausgleichen. Alternativ machen einige Hersteller spezielle hitzebeständige Laminate, die Sie möglicherweise in Betracht ziehen.
Auch hier sollten Sie nur Komponenten mit hohen thermischen Widerstandswerten verwenden. Manchmal bedeutet dies, Materialien auszuwählen, die wärmebeständiger sind, während dies in anderen Fällen dickere Komponenten desselben Materials verwendet. Welche Option am besten ist, hängt von Ihrer PCB -Größe, Ihrem Budget und Ihren verfügbaren Lieferanten ab.

5. Führen Sie den Qualitätskontrollprozess ab
Die Zuverlässigkeit von PCBs mit hohem Strom geht auch darum, Fehler in der Produktion zu finden. Wenn der Herstellungsprozess keine Defekte finden und angehen kann, die seine Vorteile ausgleichen, werden die oben genannten vier Entwurfswahlen nicht viel Verbesserung erzielen. Zuverlässigere Qualitätsprüfungen für Prototyp -Iterationen sind ebenfalls wichtig.
Die Verwendung der richtigen Tools zur Bewertung der Qualität einer PCB ist eine der wichtigsten Überlegungen im Bereich. Digitale optische Komparatoren als Vorlagen und Abdeckungen übertreffen traditionelle Methoden, wenn sie sich im Laufe der Zeit dehnen und verzerren und ihre Zuverlässigkeit behindern. Sie sollten auch Tools in Betracht ziehen, die leicht zu automatisieren sind, um das Risiko menschlicher Fehler zu minimieren.
Unabhängig von den spezifischen Methoden und Techniken, die Sie verwenden, ist die Verfolgung aller Defekte von entscheidender Bedeutung. Im Laufe der Zeit können diese Daten Trends bei der Entstehung von Problemen aufzeigen und zuverlässigeren Änderungen des PCB -Designs liefern.

6. Entwurfsfähigkeitsdesign
Ein ähnlicher, aber oft übersehener Faktor für hochströmende PCB-Design ist die einfache Herstellung. Wenn Produktionsfehler so häufig sind, dass das Gerät selten die Spezifikationen auf Papier erfüllt, spielt es keine Rolle, wie zuverlässig die PCB theoretisch ist.
Die Lösung besteht darin, übermäßig komplexe oder komplizierte Designs so weit wie möglich zu vermeiden. Beachten Sie beim Entwerfen hochstromiger PCB Ihren Herstellungsprozess, wenn Sie beachten, wie diese Workflows sie produzieren könnten und welche Probleme möglicherweise auftreten. Je einfacher Sie fehlerfreie Produkte herstellen können, desto zuverlässiger werden sie.
Dieser Schritt erfordert eine enge Zusammenarbeit mit Produktionsstakeholdern. Wenn Sie nicht im eigenen Haus um die Herstellung des Fertigung gehen, nehmen Sie Ihre Produktionspartner in die Entwurfsphase ein, um ihre Beiträge zu potenziellen Problemen mit Herstellbarkeit zu erhalten.

7. Verwenden Sie die Technologie zu Ihrem Vorteil
Neue Planungs- und Produktionstechniken können diese Überlegungen erleichtern. 3D -Druck führt mehr Designflexibilität ein, um komplexere PCB -Layouts ohne Produktionsfehler zu unterstützen. Seine Präzision ermöglicht es Ihnen auch sicherzustellen
Künstliche Intelligenz ist eine weitere Technologie, die es wert ist, untersucht zu werden. AI -PCB -Tools können Komponenten automatisch platzieren oder potenzielle Designprobleme hervorheben, um zu verhindern, dass Fehler in der realen Welt erscheinen. Ähnliche Lösungen können verschiedene Testumgebungen simulieren, um die Leistung von PCBs zu bewerten, bevor physikalische Prototypen erzeugt werden.

Hoher Strom -PCB -Design erfordert Vorsicht
Das Entwerfen einer zuverlässigen Hochstrom-PCB ist nicht einfach, aber nicht unmöglich. Wenn Sie diesen sieben Schritten befolgen, können Sie Ihren Entwurfsprozess optimieren, um effizientere Hochleistungsgeräte zu erstellen.
Wenn das industrielle Internet der Dinge wächst, werden diese Überlegungen noch wichtiger. Sie jetzt zu umarmen, wird der Schlüssel zum anhaltenden Erfolg in der Zukunft sein.