Proiectarea oricărui PCB este dificilă, mai ales că dispozitivele devin din ce în ce mai mici. Proiectarea PCB cu curent ridicat este și mai complexă, deoarece are toate aceleași obstacole și necesită un set suplimentar de factori unici de luat în considerare.
Experții prezic că cererea de dispozitive de mare putere este probabil să crească pentru a obține rate de creștere anuală cu două cifre pentru IoT industrial până în 2030. Iată șapte pași pentru a optimiza proiectarea PCB în electronice cu curent ridicat pentru această tendință.

1. Dimensiunea suficientă a cablului
Dimensiunea liniei este una dintre cele mai importante considerații de proiectare pentru PCB -urile cu curent ridicat. Cablarea de cupru a avut tendința de a fi miniaturizată pentru proiecte mai compacte, dar acest lucru nu funcționează la curenți mai mari. O mică secțiune transversală poate duce la pierderea puterii prin disiparea căldurii, astfel încât este necesară o dimensiune de pistă adecvată mare.
Puteți schimba zona transversală a firului prin reglarea a doi factori: lățimea firului și grosimea cuprului. Echilibrarea acestor două este cheia pentru reducerea consumului de energie și menținerea dimensiunii ideale a PCB.
Utilizați calculatorul de lățime a liniei PCB pentru a afla ce lățimi și grosimi acceptă tipul de curent necesar pentru dispozitivul dvs. Când utilizați aceste instrumente, aveți grijă să proiectați dimensiunea cablajului pentru a suporta curenți mai mari decât credeți că aveți nevoie.

2. Astricând plasarea componentelor
Dispunerea componentelor este o altă considerație cheie în proiectarea PCB cu curent ridicat. MOSFET-urile și componentele similare generează multă căldură, de aceea este important să le menținem cât mai izolate de alte pete calde sau sensibile la temperatură. Acest lucru nu este întotdeauna ușor atunci când aveți de -a face cu factori de formă reduse.
Amplificatoarele și convertoarele trebuie păstrate la o distanță adecvată de MOSFETS și alte elemente de încălzire. Deși poate fi tentant să se mențină o zonă de putere ridicată la margine, acest lucru nu permite o distribuție uniformă a temperaturii. În schimb, sunt așezate în linii drepte de pe bord pentru a reține energia, ceea ce face ca căldura să fie mai uniformă.
Prin apropierea mai întâi de cele mai influente zone, este mai ușor să se stabilească componentele ideale. În primul rând, determinați locația ideală pentru componentele de temperatură ridicată. După ce știți unde să le puneți, puteți folosi restul pentru a completa golurile.

3. Optimizează gestionarea disipatării căldurii
În mod similar, PCB -urile cu curent ridicat necesită, de asemenea, o gestionare termică atentă. Pentru majoritatea aplicațiilor, acest lucru înseamnă menținerea temperaturii interne sub 130 de grade Celsius pentru temperatura de tranziție a sticlei a laminatelor FR4. Optimizarea plasării componentelor va ajuta, dar pașii dvs. de minimizare a căldurii trebuie să se oprească acolo.
Răcirea naturală de convecție poate fi suficientă pentru PCB -urile mai mici de electronice pentru consumatori, dar este posibil să nu fie suficientă pentru aplicații de energie mai mare. Radiatoarele mecanice pot fi necesare. Răcirea activă, cum ar fi ventilatoarele sau sistemele de răcire lichide din jurul MOSFET -urilor. Cu toate acestea, este posibil ca unele proiecte de dispozitive să nu fie suficient de mari pentru a găzdui radiatoarele tradiționale sau răcirea activă.
Pentru PCB-urile mai mici, dar de înaltă performanță, disiparea căldurii prin găuri este o alternativă utilă. Un metal extrem de conductiv, cu o serie de găuri turnate, va elimina căldura din MOSFETS sau componente similare înainte de a ajunge la zone mai sensibile.

4. Utilizați materialele potrivite
Selecția materialelor va fi de mare beneficiu atunci când optimizați managementul termic și vă asigurați că componentele pot rezista curenților mai mari. Aceasta se aplică componentelor și substraturilor PCB.
Deși FR4 este cel mai frecvent substrat, nu este întotdeauna cea mai bună alegere pentru proiectele PCB cu curent ridicat. PCB-urile din metal-nucleu pot fi ideale, deoarece echilibrează izolația și eficiența costurilor substraturilor, cum ar fi FR4, cu rezistența și deplasarea temperaturii a metalelor extrem de conductive. În mod alternativ, unii producători fac laminate speciale rezistente la căldură pe care le-ați putea lua în considerare.
Din nou, ar trebui să utilizați doar componente cu valori ridicate de rezistență termică. Uneori, asta înseamnă alegerea materialelor care sunt mai rezistente la căldură, în timp ce în alte cazuri înseamnă a folosi componente mai groase ale aceluiași material. Ce opțiune este cea mai bună depinde de dimensiunea PCB -ului, bugetul și furnizorii disponibili.

5. îmbunătățiți procesul de control al calității
Fiabilitatea PCB-urilor cu curent ridicat este, de asemenea, o problemă de a găsi erori în producție. Dacă procesul de fabricație nu poate găsi și aborda defecte care își compensează avantajele, atunci cele patru opțiuni de proiectare de mai sus nu vor oferi o îmbunătățire mare. De asemenea, sunt importante verificări de calitate mai fiabile pentru iterații prototip.
Utilizarea instrumentelor potrivite pentru a evalua calitatea unui PCB este una dintre cele mai importante considerente din domeniu. Comparatoarele optice digitale ca șabloane și acoperiri depășesc metodele tradiționale pe măsură ce se întind și denatura în timp, împiedicându -le fiabilitatea. De asemenea, ar trebui să luați în considerare instrumente ușor de automatizat pentru a minimiza riscul de eroare umană.
Indiferent de metodele și tehnicile specifice pe care le utilizați, urmărirea tuturor defectelor este esențială. În timp, aceste date pot dezvălui tendințe în apariția problemelor, oferind modificări mai fiabile de proiectare a PCB.

6. Proiectarea fabricării
Un factor similar, dar adesea trecut cu vederea în proiectarea PCB cu curent ridicat este asigurarea ușurinței de fabricație. Dacă erorile de producție sunt atât de comune încât dispozitivul îndeplinește rar specificațiile pe hârtie, nu contează cât de fiabilă este PCB în teorie.
Soluția este de a evita cât mai mult proiecte excesiv de complexe sau complexe. Atunci când proiectați PCB-uri cu curent ridicat, țineți cont de procesul de fabricație, luând în considerare modul în care aceste fluxuri de lucru le-ar putea produce și ce probleme ar putea apărea. Cu cât puteți face mai ușor produse fără erori, cu atât vor fi mai fiabile.
Acest pas necesită o cooperare strânsă cu părțile interesate de producție. Dacă nu gestionați fabricația internă, implicați-vă partenerii de producție în faza de proiectare pentru a obține contribuția lor pe probleme potențiale de producție.

7. Utilizați tehnologia în avantajul dvs.
Noile tehnici de planificare și producție pot facilita echilibrarea acestor considerente. Imprimarea 3D introduce mai multă flexibilitate de proiectare pentru a sprijini machete mai complexe PCB, fără erori de producție. Precizia sa vă permite, de asemenea, să vă asigurați că cablarea de cupru urmează o curbă, mai degrabă decât un unghi drept pentru a -și reduce lungimea și a minimiza consumul de energie
Inteligența artificială este o altă tehnologie care merită investigată. Instrumentele PCB AI pot plasa automat componente sau pot evidenția problemele potențiale de proiectare pentru a preveni apariția erorilor în lumea reală. Soluții similare pot simula diferite medii de testare pentru a evalua performanța PCB -urilor înainte de a produce prototipuri fizice.

Proiectarea PCB cu curent ridicat necesită precauție
Proiectarea unui PCB cu curent ridicat de încredere nu este ușoară, dar nu este imposibil. Urmarea acestor șapte pași vă va ajuta să vă optimizați procesul de proiectare pentru a crea dispozitive mai eficiente de mare putere.
Pe măsură ce internetul industrial al lucrurilor crește, aceste considerente vor deveni și mai importante. Îmbrățișarea lor acum va fi cheia succesului continuu în viitor.