Het ontwerpen van PCB is een uitdaging, vooral omdat apparaten kleiner en kleiner worden. Hoogstroom PCB-ontwerp is nog complexer omdat het allemaal dezelfde obstakels heeft en een extra reeks unieke factoren vereist om te overwegen.
Experts voorspellen dat de vraag naar high-power apparaten waarschijnlijk zal stijgen om jaarlijkse jaarlijkse groeipercentages voor het industriële IoT te bereiken tegen 2030. Hier zijn zeven stappen om het PCB-ontwerp te optimaliseren in hoogstroom elektronica voor deze trend.

1. Voeg voldoende kabelgrootte toe
Lijngrootte is een van de belangrijkste ontwerpoverwegingen voor PCB's met hoge stroom. Koperbedrading is meestal geminiaturiseerd voor meer compacte ontwerpen, maar dit werkt niet op hogere stromingen. Een kleine dwarsdoorsnede kan leiden tot stroomverlies door warmtedissipatie, dus een passend groot spoorgrootte is vereist.
U kunt het dwarsdoorsnedegebied van de draad veranderen door twee factoren aan te passen: de breedte van de draad en de dikte van het koper. Het balanceren van deze twee is de sleutel tot het verminderen van het stroomverbruik en het handhaven van de ideale PCB -grootte.
Gebruik de PCB -lijnbreedte Calculator om te leren welke breedtes en diktes het type stroom ondersteunen dat nodig is voor uw apparaat. Wanneer u deze tools gebruikt, moet u voorzichtig zijn om de bedradingsgrootte te ontwerpen om hogere stromingen te ondersteunen dan u denkt dat u nodig hebt.

2. Raadpleeg de plaatsing van componenten
Componentlay-out is een andere belangrijke overweging bij het ontwerp met een hoog stroomstroom. MOSFET's en soortgelijke componenten genereren veel warmte, dus het is belangrijk om ze zo geïsoleerd te houden van andere hete of temperatuurgevoelige plekken mogelijk. Dit is niet altijd eenvoudig bij het omgaan met verminderde vormfactoren.
Versterkers en converters moeten op een geschikte afstand van MOSFET's en andere verwarmingselementen worden bewaard. Hoewel het verleidelijk kan zijn om een ​​hoge vermogenszone aan de rand te behouden, staat dit geen uniforme temperatuurverdeling toe. In plaats daarvan worden ze in rechte lijnen over de hele linie geplaatst om energie te behouden, waardoor de hitte gelijkmatiger wordt.
Door eerst de meest invloedrijke gebieden te benaderen, is het gemakkelijker om de ideale componenten te bepalen. Bepaal eerst de ideale locatie voor de componenten op hoge temperatuur. Zodra u weet waar u ze moet plaatsen, kunt u de rest gebruiken om de gaten in te vullen.

3. Optimize warmtedissipatiebeheer
Evenzo vereisen hoge stroom PCB's ook zorgvuldig thermisch beheer. Voor de meeste toepassingen betekent dit dat de interne temperatuur onder de 130 graden Celsius houdt voor de glasovergangstemperatuur van FR4 -laminaten. Het optimaliseren van de plaatsing van de componenten helpt, maar uw stappen voor warmteminimalisatie moeten daar stoppen.
Natuurlijke convectiekoeling kan voldoende zijn voor kleinere PCB's voor consumentenelektronica, maar is mogelijk niet voldoende voor toepassingen met een hoger vermogen. Mechanische radiatoren kunnen nodig zijn. Actieve koeling zoals fans of vloeistofkoelsystemen rond de MOSFET's helpt ook. Sommige apparaatontwerpen zijn echter mogelijk niet groot genoeg om traditionele radiatoren of actieve koeling op te vangen.
Voor kleinere maar krachtige PCB's zijn warmte-dissipatie door gaten een nuttig alternatief. Een zeer geleidend metaal met een reeks gaten die wordt gegoten, zal warmte uit MOSFET's of vergelijkbare componenten verwijderen voordat het meer gevoelige gebieden bereikt.

4. Gebruik de juiste materialen
Materiaalselectie zal van groot voordeel zijn bij het optimaliseren van thermisch beheer en ervoor zorgen dat componenten hogere stromen kunnen weerstaan. Dit geldt voor PCB -componenten en substraten.
Hoewel FR4 het meest voorkomende substraat is, is het niet altijd de beste keuze voor hoogstroom PCB-ontwerpen. Metal-core PCB's kunnen ideaal zijn omdat ze de isolatie en kosteneffectiviteit van substraten zoals FR4 in evenwicht brengen met de sterkte en temperatuurverplaatsing van zeer geleidende metalen. Als alternatief maken sommige fabrikanten speciale warmtebestendige laminaten die u zou kunnen overwegen.
Nogmaals, u mag alleen componenten gebruiken met hoge thermische weerstandswaarden. Soms betekent dit het kiezen van materialen die meer warmtebestendig zijn, terwijl het in andere gevallen betekent dat het dikkere componenten van hetzelfde materiaal wordt gebruikt. Welke optie het beste is, hangt het beste af van uw PCB -grootte, budget en beschikbare leveranciers.

5. Bepaal het kwaliteitscontroleproces
De betrouwbaarheid van hoogstroom PCB's is ook een kwestie van het vinden van fouten in de productie. Als het productieproces geen defecten kan vinden en aanpakt die zijn voordelen compenseren, zullen de bovenstaande vier ontwerpkeuzes niet veel verbetering opleveren. Meer betrouwbare kwaliteitscontroles voor prototype -iteraties zijn ook belangrijk.
Het gebruik van de juiste tools om de kwaliteit van een PCB te evalueren is een van de belangrijkste overwegingen in het veld. Digitale optische comparators als sjablonen en bedekkingen presteren beter dan traditionele methoden terwijl ze zich in de loop van de tijd uitstrekken en vervormen, waardoor hun betrouwbaarheid wordt belemmerd. U moet ook rekening houden met tools die gemakkelijk te automatiseren zijn om het risico van menselijke fouten te minimaliseren.
Ongeacht de specifieke methoden en technieken die u gebruikt, is het volgen van alle defecten van cruciaal belang. In de loop van de tijd kunnen deze gegevens trends onthullen in de opkomst van problemen, waardoor betrouwbaardere PCB -ontwerpwijzigingen worden geboden.

6. Ontwerp van productieproduceerbaarheid
Een vergelijkbare maar vaak over het hoofd geziene factor in het ontwerp met een hoogstroom PCB-ontwerp is zorgen voor het gemak van de productie. Als productiefouten zo gebruikelijk zijn dat het apparaat zelden aan de specificaties op papier voldoet, maakt het niet uit hoe betrouwbaar de PCB in theorie is.
De oplossing is om overdreven complexe of ingewikkelde ontwerpen zoveel mogelijk te voorkomen. Houd bij het ontwerpen van hoogstroom PCB's uw productieproces in gedachten, rekening houdend met hoe deze workflows deze kunnen produceren en welke problemen kunnen ontstaan. Hoe gemakkelijker u foutloze producten kunt maken, hoe betrouwbaarder ze zullen zijn.
Deze stap vereist nauwe samenwerking met stakeholders van productie. Als u de productie niet in eigen huis afhandelt, betrekt uw productiepartners in de ontwerpfase om hun input te krijgen over mogelijke problemen met de productie.

7. Gebruik technologie in uw voordeel
Nieuwe planning- en productietechnieken kunnen het evenwicht maken van deze overwegingen gemakkelijker. 3D -printen introduceert meer ontwerpflexibiliteit om meer complexe PCB -lay -outs te ondersteunen zonder productiefouten. Met de precisie kunt u er ook voor zorgen dat de koperen bedrading een curve volgt in plaats van een rechte hoek om de lengte te verminderen en het stroomverbruik te minimaliseren
Kunstmatige intelligentie is een andere technologie die het onderzoeken waard is. AI PCB -tools kunnen automatisch componenten plaatsen of potentiële ontwerpproblemen benadrukken om te voorkomen dat fouten in de echte wereld verschijnen. Soortgelijke oplossingen kunnen verschillende testomgevingen simuleren om de prestaties van PCB's te evalueren voordat fysieke prototypes worden geproduceerd.

Hoogstroom PCB -ontwerp vereist voorzichtigheid
Het ontwerpen van een betrouwbare printplaat met hoge stroom is niet eenvoudig, maar het is niet onmogelijk. Door deze zeven stappen te volgen, kunt u uw ontwerpproces optimaliseren om efficiëntere high-power apparaten te maken.
Naarmate het industriële internet der dingen groeit, zullen deze overwegingen nog belangrijker worden. Het omarmen van hen nu zal de sleutel zijn tot voortdurend succes in de toekomst.