Å designe enhver PCB er utfordrende, spesielt ettersom enheter blir mindre og mindre. Høystrøm PCB-design er enda mer sammensatt fordi den har alle de samme hindringene og krever et ekstra sett med unike faktorer å vurdere.
Eksperter spår at etterspørselen etter høye strømenheter sannsynligvis vil stige for å oppnå tosifrede årlige vekstrater for den industrielle IoT innen 2030. Her er syv trinn for å optimalisere PCB-design i høystrømselektronikk for denne trenden.

1. Forsiktig tilstrekkelig kabelstørrelse
Linjestørrelse er et av de viktigste designhensynene for høye nåværende PCB -er. Kobberkabling har hatt en tendens til å være miniatyrisert for mer kompakte design, men dette fungerer ikke med høyere strømmer. Et lite tverrsnitt kan føre til krafttap gjennom varmeavledning, så det kreves en passende stor sporstørrelse.
Du kan endre tverrsnittsområdet til ledningen ved å justere to faktorer: bredden på ledningen og kobberens tykkelse. Å balansere disse to er nøkkelen til å redusere strømforbruket og opprettholde den ideelle PCB -størrelsen.
Bruk PCB -linjebreddekalkulatoren for å lære hvilke bredder og tykkelser som støtter den strømmen som kreves for enheten din. Når du bruker disse verktøyene, må du være forsiktig med å designe ledningsstørrelsen for å støtte høyere strømmer enn du tror du trenger.

2. Retink komponentplassering
Komponentoppsett er en annen viktig vurdering i PCB-design med høy strøm. MOSFETS og lignende komponenter genererer mye varme, så det er viktig å holde dem som isolert fra andre varme eller temperaturfølsomme steder som mulig. Dette er ikke alltid lett når du arbeider med reduserte formfaktorer.
Forsterkere og omformere bør holdes i passende avstand fra MOSFET -er og andre varmeelementer. Selv om det kan være fristende å opprettholde en høy kraftsone ved kanten, tillater dette ikke en jevn temperaturfordeling. I stedet plasseres de i rette linjer over hele linja for å beholde energi, noe som gjør varmen jevnere.
Ved å nærme seg de mest innflytelsesrike områdene først, er det lettere å bestemme de ideelle komponentene. Først må du bestemme det ideelle stedet for høye temperaturkomponenter. Når du vet hvor du skal legge dem, kan du bruke resten til å fylle ut hullene.

3.optimaliserer styringsstyring
Tilsvarende krever også høy nåværende PCB nøye termisk styring. For de fleste bruksområder betyr dette å holde den indre temperaturen under 130 grader Celsius for glassovergangstemperaturen til FR4 -laminater. Optimalisering av komponentplassering vil hjelpe, men dine heteminimeringstrinn må stoppe der.
Naturlig konveksjonskjøling kan være tilstrekkelig for mindre forbrukerelektronikk PCB, men kan ikke være tilstrekkelig for høyere effektanvendelser. Mekaniske radiatorer kan være nødvendig. Aktiv kjøling som vifter eller flytende kjølesystemer rundt MOSFET -ene hjelper også. Noen enhetsdesign er imidlertid kanskje ikke store nok til å imøtekomme tradisjonelle radiatorer eller aktiv kjøling.
For mindre, men høyytelses PCB, er varmeavledning gjennom hull et nyttig alternativ. Et meget ledende metall med en serie hull som helles vil fjerne varme fra MOSFET -er eller lignende komponenter før det når mer følsomme områder.

4. Bruk riktig materiale
Materialvalg vil være til stor nytte når du optimaliserer termisk styring og sikrer at komponentene tåler høyere strømmer. Dette gjelder PCB -komponenter og underlag.
Selv om FR4 er det vanligste underlaget, er det ikke alltid det beste valget for PCB-design med høy strøm. Metallkjerne PCB kan være ideelt fordi de balanserer isolasjonen og kostnadseffektiviteten til underlag som FR4 med styrke og temperaturforskyvning av meget ledende metaller. Alternativt lager noen produsenter spesielle varmebestandige laminater som du kan vurdere.
Igjen, du bør bare bruke komponenter med høye termiske motstandsverdier. Noen ganger betyr dette å velge materialer som er mer varmebestandige, mens det i andre tilfeller betyr å bruke tykkere komponenter av samme materiale. Hvilket alternativ er best avhenger av din PCB -størrelse, budsjett og tilgjengelige leverandører.

5. Forbedre kvalitetskontrollprosessen
Påliteligheten til høystrøm PCB er også et spørsmål om å finne feil i produksjonen. Hvis produksjonsprosessen ikke kan finne og adressere defekter som utlignet fordelene, vil ikke de fire designvalgene ovenfor ikke gi mye forbedring. Mer pålitelige kvalitetskontroller for prototype iterasjoner er også viktige.
Å bruke de riktige verktøyene for å evaluere kvaliteten på en PCB er et av de viktigste hensynene i feltet. Digitale optiske komparatorer som maler og belegg overgår tradisjonelle metoder når de strekker seg og forvrenger over tid, noe som hindrer påliteligheten. Du bør også vurdere verktøy som er enkle å automatisere for å minimere risikoen for menneskelig feil.
Uansett de spesifikke metodene og teknikkene du bruker, er å spore alle feil kritisk. Over tid kan disse dataene avsløre trender i fremveksten av problemer, og gi mer pålitelige PCB -designendringer.

6. produserbarhetsdesign
En lignende, men ofte oversett faktor i høystrøm PCB-design, sikrer enkel produksjon. Hvis produksjonsfeil er så vanlige at enheten sjelden oppfyller spesifikasjonene på papir, spiller det ingen rolle hvor pålitelig PCB er i teorien.
Løsningen er å unngå altfor komplekse eller intrikate design så mye som mulig. Når du designer PCB-er med høy strøm, må du huske produksjonsprosessen, med tanke på hvordan disse arbeidsflytene kan produsere dem og hvilke problemer som kan oppstå. Jo lettere du kan lage feilfrie produkter, jo mer pålitelige vil de være.
Dette trinnet krever tett samarbeid med produksjonsinteressenter. Hvis du ikke håndterer produksjon internt, involverer produksjonspartnerne dine i designfasen for å få sine innspill til potensielle produksjonsproblemer.

7. Bruk teknologi til din fordel
Nye planleggings- og produksjonsteknikker kan gjøre å balansere disse hensynene enklere. 3D -utskrift introduserer mer designfleksibilitet for å støtte mer komplekse PCB -oppsett uten produksjonsfeil. Presisjonen lar deg også sikre at kobberledningen følger en kurve i stedet for en rett vinkel for å redusere lengden og minimere strømforbruket
Kunstig intelligens er en annen teknologi som er verdt å undersøke. AI PCB -verktøy kan automatisk plassere komponenter eller fremheve potensielle designproblemer for å forhindre at feil vises i den virkelige verden. Lignende løsninger kan simulere forskjellige testmiljøer for å evaluere ytelsen til PCB før du produserer fysiske prototyper.

Høy gjeldende PCB -design krever forsiktighet
Det er ikke lett å designe en pålitelig høystrøm PCB, men det er ikke umulig. Å følge disse syv trinnene vil hjelpe deg med å optimalisere designprosessen din for å lage mer effektive høykraftsenheter.
Når det industrielle tingenes internett vokser, vil disse hensynene bli enda viktigere. Å omfavne dem nå vil være nøkkelen til fortsatt suksess i fremtiden.