Dizajn bilo kojeg PCB -a je izazovno, pogotovo jer uređaji postaju sve manji i manji. Dizajn PCB-a visoke struje još je složeniji jer ima sve iste prepreke i zahtijeva dodatni skup jedinstvenih čimbenika koje treba razmotriti.
Stručnjaci predviđaju da će potražnja za uređajima velike snage vjerojatno porasti za postizanje dvoznamenkastih godišnjih stopa rasta za industrijski IoT do 2030. godine. Evo sedam koraka za optimizaciju dizajna PCB-a u elektronici s visokom strujom za ovaj trend.

1. OTVOREUTE dovoljnu veličinu kabela
Veličina linije jedno je od najvažnijih razmatranja dizajna za PCB -ove velike struje. Bakreno ožičenje obično je minijaturizirano za kompaktnije dizajne, ali to ne radi na višim strujama. Mali presjek može dovesti do gubitka snage kroz rasipanje topline, tako da je potrebna prikladno velika veličina staza.
Područje presjeka žice možete promijeniti podešavanjem dva faktora: širinu žice i debljine bakra. Uravnotežavanje ove dvije ključ je za smanjenje potrošnje energije i održavanja idealne veličine PCB -a.
Upotrijebite kalkulator širine PCB linije da biste saznali koje širine i debljine podržavaju vrstu struje koja je potrebna za vaš uređaj. Kada koristite ove alate, budite oprezni za dizajniranje veličine ožičenja kako biste podržali veće struje nego što mislite da vam trebaju.

2. Položaj komponente
Izgled komponente još je jedno ključno razmatranje u dizajnu PCB-a visoke struje. Mosfeti i slične komponente stvaraju puno topline, tako da je važno držati ih kao što je izolirano od ostalih toplih ili temperaturnih mjesta osjetljivih na temperaturu. To nije uvijek lako kada se bavite smanjenim faktorima oblika.
Pojačala i pretvarači trebaju se držati na odgovarajućoj udaljenosti od MOSFETS -a i drugih grijaćih elemenata. Iako je možda primamljivo održavati zonu velike snage na rubu, to ne omogućuje jednoliku raspodjelu temperature. Umjesto toga, stavljaju se u ravne linije na cijeloj ploči kako bi zadržale energiju, što toplinu čini ravnomjernijim.
Približavajući se najutjecajnijim područjima, lakše je odrediti idealne komponente. Prvo odredite idealno mjesto za komponente visoke temperature. Jednom kada saznate gdje ih staviti, ostatak možete upotrijebiti za popunjavanje praznina.

3. Optimizirajte upravljanje rasipanjem topline
Slično tome, PCB visoke struje također zahtijevaju pažljivo toplinsko upravljanje. Za većinu primjene to znači zadržavanje unutarnje temperature ispod 130 stupnjeva Celzijusa za temperaturu staklenog prijelaza laminata FR4. Optimiziranje postavljanja komponenti pomoći će, ali vaši koraci minimiziranja topline moraju se tamo zaustaviti.
Hlađenje prirodnog konvekcije može biti dovoljno za manju potrošačku elektroničku PCB, ali možda nije dovoljno za primjenu veće snage. Možda će biti potrebni mehanički radijatori. Aktivno hlađenje poput ventilatora ili sustava tekućeg hlađenja oko Mosfeta također pomaže. Međutim, neki dizajni uređaja možda nisu dovoljno veliki da mogu primiti tradicionalne radijatore ili aktivno hlađenje.
Za manje, ali visoke performanse PCB-a, disipacija topline kroz rupe su korisna alternativa. Visoko vodljivi metal s nizom rupa u izlivanim rupama uklonit će toplinu iz MOSFET -a ili sličnih komponenti prije nego što dosegne osjetljivija područja.

4. Koristite prave materijale
Odabir materijala bit će od velike koristi pri optimiziranju toplinskog upravljanja i osiguravajući da komponente mogu izdržati veće struje. To se odnosi na PCB komponente i podloge.
Iako je FR4 najčešći supstrat, to nije uvijek najbolji izbor za dizajne PCB-a visoke struje. PCB-ovi s metalnim jezgrom mogu biti idealni jer uravnotežuju izolaciju i isplativost supstrata poput FR4 s čvrstoćom i temperaturnim pomakom visoko provodljivih metala. Alternativno, neki proizvođači izrađuju posebne laminate otporne na toplinu koje biste mogli uzeti u obzir.
Opet, trebali biste koristiti samo komponente s visokim vrijednostima toplinskog otpora. Ponekad to znači odabir materijala koji su otporniji na toplinu, dok u drugim slučajevima to znači korištenje debljih komponenti istog materijala. Koja je opcija najbolja ovisi o veličini PCB -a, proračunu i dostupnim dobavljačima.

5. Poboljšajte postupak kontrole kvalitete
Pouzdanost PCB-a visoke struje također je stvar pronalaska pogrešaka u proizvodnji. Ako proces proizvodnje ne može pronaći i riješiti nedostatke koji nadoknađuju svoje prednosti, tada gornja četiri izbora dizajna neće donijeti veliko poboljšanje. Važne su i pouzdanije provjere kvalitete za iteracije prototipa.
Korištenje pravih alata za procjenu kvalitete PCB -a jedno je od najvažnijih razmatranja na terenu. Digitalni optički komparatori kao predloške i obloge nadmašuju tradicionalne metode dok se vremenom protežu i iskrivljavaju, ometajući njihovu pouzdanost. Također biste trebali razmotriti alate koje je lako automatizirati kako bi se smanjio rizik od ljudske pogreške.
Bez obzira na specifične metode i tehnike koje koristite, praćenje svih oštećenja je kritično. S vremenom, ovi podaci mogu otkriti trendove u pojavi problema, pružajući pouzdanije promjene dizajna PCB -a.

6. Dizajn vjerojatnosti
Sličan, ali često previdjeni faktor u dizajnu PCB-a visoke struje je osiguranje jednostavnije proizvodnje. Ako su pogreške u proizvodnji toliko česte da uređaj rijetko ispunjava specifikacije na papiru, nije važno koliko je PCB pouzdan u teoriji.
Rješenje je da se izbjegne pretjerano složeni ili zamršeni dizajn što je više moguće. Prilikom dizajniranja PCB-a visoke struje, imajte na umu proces proizvodnje, uzimajući u obzir kako ih ti tijekovi rada mogu proizvesti i koji bi problemi mogli nastati. Što lakše možete napraviti proizvode bez grešaka, to će biti pouzdaniji.
Ovaj korak zahtijeva usku suradnju s dionicima proizvodnje. Ako se ne bavite proizvodnom kućom, uključite svoje proizvodne partnere u fazu dizajna kako biste dobili svoj unos o potencijalnim problemima s proizvođačima.

7. Koristite tehnologiju u svoju korist
Nove tehnike planiranja i proizvodnje mogu olakšati uravnoteženje tih razmatranja. 3D ispis uvodi veću fleksibilnost dizajna kako bi podržao složenije PCB rasporede bez proizvodnih pogrešaka. Njegova preciznost također vam omogućuje osiguranje da bakreno ožičenje slijedi krivulju, a ne pravi kut kako bi se smanjila njegova duljina i umanjila potrošnju energije
Umjetna inteligencija je još jedna tehnologija koju vrijedi istražiti. AI PCB alati mogu automatski postaviti komponente ili istaknuti potencijalne probleme s dizajnom kako bi se spriječile da se pogreške pojave u stvarnom svijetu. Slična otopina mogu simulirati različita testna okruženja za procjenu performansi PCB -a prije nego što proizvede fizičke prototipove.

Dizajn PCB -a visoke struje zahtijeva oprez
Dizajn pouzdanog PCB-a visoke struje nije lako, ali nije nemoguće. Slijedeći ovih sedam koraka pomoći će vam da optimizirate svoj proces dizajna kako biste stvorili učinkovitije uređaje velike snage.
Kako industrijski Internet stvari raste, ta će razmatranja postati još važnija. Prihvaćanje njih sada će biti ključ za daljnji uspjeh u budućnosti.