Projetar qualquer PCB é desafiador, especialmente porque os dispositivos ficam cada vez menores. O design de PCB de alta corrente é ainda mais complexo porque possui os mesmos obstáculos e requer um conjunto adicional de fatores únicos a serem considerados.
Especialistas prevêem que a demanda por dispositivos de alta potência provavelmente aumentará para obter taxas de crescimento anuais de dois dígitos para a IoT industrial até 2030. Aqui estão sete etapas para otimizar o design da PCB em eletrônicos de alta corrente para essa tendência.

1.Ensure tamanho suficiente do cabo
O tamanho da linha é uma das considerações de design mais importantes para PCBs de alta corrente. A fiação de cobre tendeu a ser miniaturizada para projetos mais compactos, mas isso não funciona em correntes mais altas. Uma pequena seção transversal pode levar à perda de energia através da dissipação de calor, portanto, é necessário um tamanho de pista adequadamente grande.
Você pode alterar a área da seção transversal do fio ajustando dois fatores: a largura do fio e a espessura do cobre. Equilibrar esses dois é a chave para reduzir o consumo de energia e manter o tamanho ideal da PCB.
Use a calculadora de largura da linha PCB para saber quais larguras e espessuras suportam o tipo de corrente necessária para o seu dispositivo. Ao usar essas ferramentas, tenha cuidado para projetar o tamanho da fiação para suportar correntes mais altas do que você acha que precisa.

2.Rethink Posicionamento do componente
O layout do componente é outra consideração essencial no design de PCB de alta corrente. MOSFETS e componentes semelhantes geram muito calor, por isso é importante mantê-los como isolados de outros pontos quentes ou sensíveis à temperatura possível. Isso nem sempre é fácil ao lidar com fatores de forma reduzidos.
Os amplificadores e conversores devem ser mantidos a uma distância apropriada dos MOSFETs e outros elementos de aquecimento. Embora possa ser tentador manter uma zona de alta potência na borda, isso não permite uma distribuição uniforme de temperatura. Em vez disso, eles são colocados em linhas retas em geral para reter energia, o que torna o calor mais uniforme.
Ao se aproximar das áreas mais influentes primeiro, é mais fácil determinar os componentes ideais. Primeiro, determine o local ideal para os componentes de alta temperatura. Depois de saber onde colocá -los, você pode usar o resto para preencher as lacunas.

3. Optimize o gerenciamento de dissipação de calor
Da mesma forma, os PCBs de alta corrente também requerem gerenciamento térmico cuidadoso. Para a maioria das aplicações, isso significa manter a temperatura interna abaixo de 130 graus Celsius para a temperatura de transição vítrea dos laminados FR4. Otimizar a colocação do componente ajudará, mas suas etapas de minimização de calor devem parar por aí.
O resfriamento de convecção natural pode ser suficiente para PCBs de eletrônicos de consumo menores, mas podem não ser suficientes para aplicações de energia mais altas. Radiadores mecânicos podem ser necessários. O resfriamento ativo, como ventiladores ou sistemas de resfriamento líquido ao redor dos MOSFETs, também ajuda. No entanto, alguns projetos de dispositivos podem não ser grandes o suficiente para acomodar radiadores tradicionais ou resfriamento ativo.
Para PCBs menores, mas de alto desempenho, a dissipação de calor através de orifícios é uma alternativa útil. Um metal altamente condutor com uma série de orifícios derramados removerá o calor de MOSFETs ou componentes similares antes de atingir áreas mais sensíveis.

4.Use os materiais certos
A seleção de material será de grande benefício ao otimizar o gerenciamento térmico e garantir que os componentes possam suportar correntes mais altas. Isso se aplica a componentes e substratos da PCB.
Embora o FR4 seja o substrato mais comum, nem sempre é a melhor opção para designs de PCB de alta corrente. Os PCBs de núcleo metálico podem ser ideais porque equilibram o isolamento e a relação custo-benefício de substratos como FR4 com o deslocamento de força e temperatura de metais altamente condutores. Como alternativa, alguns fabricantes produzem laminados especiais resistentes ao calor que você pode considerar.
Novamente, você deve usar apenas componentes com altos valores de resistência térmica. Às vezes, isso significa escolher materiais mais resistentes ao calor, enquanto em outros casos significa usar componentes mais espessos do mesmo material. Qual opção é melhor depende do tamanho, orçamento e fornecedores disponíveis da PCB.

5.Prote o processo de controle de qualidade
A confiabilidade dos PCBs de alta corrente também é uma questão de encontrar erros na produção. Se o processo de fabricação não puder encontrar e abordar defeitos que compensam suas vantagens, as quatro opções de design acima não produzirão muita melhoria. Verificações de qualidade mais confiáveis ​​para iterações de protótipo também são importantes.
Usar as ferramentas certas para avaliar a qualidade de um PCB é uma das considerações mais importantes do campo. Os comparadores ópticos digitais como modelos e coberturas superam os métodos tradicionais à medida que se estendem e distorcem ao longo do tempo, dificultando sua confiabilidade. Você também deve considerar as ferramentas fáceis de automatizar para minimizar o risco de erro humano.
Independentemente dos métodos e técnicas específicos que você usa, rastrear todos os defeitos é crítico. Com o tempo, esses dados podem revelar tendências no surgimento de problemas, fornecendo alterações mais confiáveis ​​de design de PCB.

6. Manufacturabilidade Design
Um fator semelhante, mas muitas vezes esquecido, no design de PCB de alta corrente, é garantir a facilidade de fabricação. Se os erros de produção são tão comuns que o dispositivo raramente atende às especificações no papel, não importa o quão confiável seja a PCB em teoria.
A solução é evitar projetos excessivamente complexos ou intrincados o máximo possível. Ao projetar PCBs de alta corrente, lembre-se do processo de fabricação, considerando como esses fluxos de trabalho podem produzi-los e quais problemas podem surgir. Quanto mais fácil você pode fabricar produtos sem erros, mais confiáveis ​​serão.
Esta etapa requer uma estreita cooperação com as partes interessadas da produção. Se você não lidar com a fabricação internamente, envolva seus parceiros de produção na fase de design para obter suas informações sobre possíveis problemas de fabricação.

7. Use a tecnologia para sua vantagem
Novas técnicas de planejamento e produção podem facilitar o equilíbrio dessas considerações. A impressão 3D introduz mais flexibilidade de design para suportar layouts de PCB mais complexos sem erros de produção. Sua precisão também permite garantir que a fiação de cobre siga uma curva em vez de um ângulo reto para reduzir seu comprimento e minimizar o consumo de energia
A inteligência artificial é outra tecnologia que vale a pena investigar. As ferramentas de PCB da AI podem colocar automaticamente componentes ou destacar possíveis problemas de design para impedir que os erros apareçam no mundo real. Soluções semelhantes podem simular diferentes ambientes de teste para avaliar o desempenho dos PCBs antes de produzir protótipos físicos.

O design de PCB de alta corrente requer cautela
Projetar um PCB confiável de alta corrente não é fácil, mas não é impossível. Seguir estas sete etapas ajudará você a otimizar seu processo de design para criar dispositivos de alta potência mais eficientes.
À medida que a Internet industrial das coisas cresce, essas considerações se tornarão ainda mais importantes. Abraçá -los agora será a chave para o sucesso contínuo no futuro.