Navrhovanie akýchkoľvek dosiek DPS je náročné, najmä preto, že sa zariadenia zmenšujú a zmenšujú. Dizajn vysokohoru DPS je ešte zložitejší, pretože má všetky rovnaké prekážky a vyžaduje si ďalšiu skupinu jedinečných faktorov, ktoré je potrebné zvážiť.
Odborníci predpovedajú, že dopyt po vysokých výkonnostiach sa pravdepodobne zvýši, aby dosiahol dvojcifernú ročnú mieru rastu priemyselného internetu vecí do roku 2030. Tu je sedem krokov na optimalizáciu návrhu PCB v vysoko-prúdovej elektronike pre tento trend.

1. Zistujte dostatočnú veľkosť kábla
Veľkosť linky je jedným z najdôležitejších úvah o návrhu pre vysoko aktuálne PCB. Vedenie medi malo tendenciu byť miniaturizované pre kompaktnejšie vzory, ale to nefunguje vo vyšších prúdoch. Malý prierez môže viesť k strate energie rozptylom tepla, takže je potrebná vhodne veľká veľkosť trate.
Prierezovú plochu drôtu môžete zmeniť nastavením dvoch faktorov: šírka drôtu a hrúbka medi. Vyváženie týchto dvoch je kľúčom k zníženiu spotreby energie a udržiavaniu ideálnej veľkosti PCB.
Pomocou kalkulačky šírky linky PCB sa dozviete, ktoré šírky a hrúbky podporujú typ prúdu potrebného pre vaše zariadenie. Pri používaní týchto nástrojov buďte opatrní pri navrhovaní veľkosti zapojenia na podporu vyšších prúdov, ako si myslíte, že potrebujete.

2. Umiestnenie komponentov komponentov
Rozloženie komponentov je ďalším kľúčovým faktorom pri dizajne DPS s vysokým prúdom. MOSFET a podobné komponenty generujú veľa tepla, takže je dôležité, aby ste ich udržali ako izolované od iných horúcich alebo teplotných škvŕn. Nie je to vždy ľahké pri riešení znížených foriem.
Zosilňovače a prevodníky by sa mali udržiavať vo primeranej vzdialenosti od MOSFETS a iných vykurovacích prvkov. Aj keď môže byť lákavé udržiavať vysoko výkonnú zónu na okraji, neumožňuje to rovnomerné rozdelenie teploty. Namiesto toho sú umiestnené v priamkach cez dosku, aby sa udržali energia, čo zvyšuje rovnomerné teplo.
Priblížením sa k najvýznamnejším oblastiam je ľahšie určiť ideálne komponenty. Najskôr určte ideálne umiestnenie pre komponenty s vysokým teplotou. Akonáhle budete vedieť, kam ich dať, môžete pomocou zvyšku vyplniť medzery.

3.Ptimizujte riadenie rozptylu tepla
Podobne aj vysoko súčasné PCB vyžadujú starostlivé tepelné riadenie. Pre väčšinu aplikácií to znamená udržiavanie vnútornej teploty pod 130 stupňov Celzia pre teplotu skleneného prechodu laminátov FR4. Optimalizácia umiestnenia komponentov pomôže, ale kroky minimalizácie tepla sa musia zastaviť.
Prirodzené konvekčné chladenie môže postačovať pre menšie PCB spotrebnej elektroniky, ale nemusí byť dostatočné pre vyššie energetické aplikácie. Môžu byť potrebné mechanické radiátory. Pomáha tiež aktívne chladenie, ako sú ventilátory alebo systémy chladenia tekutín okolo MOSFETS. Niektoré návrhy zariadení však nemusia byť dostatočne veľké na to, aby sa prispôsobili tradičným radiátorom alebo aktívne chladenie.
Pre menšie, ale vysokovýkonné PCB je užitočná alternatíva rozptyl tepla cez otvory. Vysoko vodivý kov so sériou otvorov naliate odstráni teplo z MOSFETS alebo podobných komponentov skôr, ako dosiahne citlivejšie oblasti.

4. Použite správne materiály
Výber materiálu bude veľmi prínosom pri optimalizácii tepelného riadenia a zabezpečení toho, aby komponenty vydržali vyššie prúdy. Platí to pre komponenty a substráty PCB.
Aj keď je FR4 najbežnejším substrátom, nie je vždy najlepšou voľbou pre dizajn DPS s vysokým prúdom. Kovové jadrové PCB môžu byť ideálne, pretože vyvážia izoláciu a nákladovú efektívnosť substrátov, ako je FR4, s pevnosťou a teplotným vytesnením vysoko vodivých kovov. Prípadne niektorí výrobcovia vyrábajú špeciálne lamináty odolné voči teplu, ktoré by ste mohli zvážiť.
Opäť by ste mali používať iba komponenty s vysokými hodnotami tepelného odporu. Niekedy to znamená výber materiálov, ktoré sú viac odolné voči teplu, zatiaľ čo v iných prípadoch to znamená používanie hrubších komponentov toho istého materiálu. Ktorá možnosť je najlepšie závisieť od vašej veľkosti PCB, rozpočtu a dostupných dodávateľov.

5. Zadajte proces kontroly kvality
Spoľahlivosť vysokohorských PCB je tiež záležitosťou nájdenia chýb vo výrobe. Ak výrobný proces nedokáže nájsť a riešiť chyby, ktoré kompenzujú jeho výhody, potom vyššie uvedené štyri výbery návrhu neprináša veľké zlepšenie. Dôležité sú aj spoľahlivejšie kontroly kvality prototypov iterácií.
Použitie správnych nástrojov na vyhodnotenie kvality DPS je jedným z najdôležitejších úvah v teréne. Digitálne optické komparátory ako šablóny a pokrývky prekonávajú tradičné metódy, keď sa časom napínajú a skresľujú, čo bráni ich spoľahlivosti. Mali by ste tiež zvážiť nástroje, ktoré sa dajú ľahko automatizovať, aby sa minimalizovalo riziko ľudskej chyby.
Bez ohľadu na konkrétne metódy a techniky, ktoré používate, je sledovanie všetkých defektov kritické. V priebehu času môžu tieto údaje odhaliť trendy vo vzniku problémov a poskytnúť spoľahlivejšie zmeny návrhu PCB.

6. Dizajn výroby
Podobný, ale často prehliadaný faktor pri dizajne DPS s vysokým prúdom je zabezpečenie jednoduchosti výroby. Ak sú chyby výroby také bežné, že zariadenie zriedka spĺňa špecifikácie na papieri, nezáleží na tom, ako je teoreticky spoľahlivý PCB.
Riešením je vyhnúť sa príliš komplexným alebo zložitým vzorom v maximálnej možnej miere. Pri navrhovaní vysokohorských PCB majte na pamäti váš výrobný proces, vzhľadom na to, ako by ich tieto pracovné postupy mohli spôsobiť a aké problémy by mohli vzniknúť. Čím ľahšie môžete vyrábať bezchybné výrobky, tým spoľahlivejšie budú.
Tento krok si vyžaduje úzku spoluprácu so zúčastnenými stranami výroby. Ak nezaoberáte výrobu interne, zapojte svojich výrobných partnerov do fázy návrhu, aby ste získali vstup k potenciálnym problémom s výrobou.

7. Využite technológiu vo svoj prospech
Nové techniky plánovania a výroby môžu uľahčiť vyváženie týchto úvah. 3D tlač predstavuje väčšiu flexibilitu dizajnu na podporu zložitejších rozložení PCB bez chýb výroby. Jeho presnosť vám tiež umožňuje zabezpečiť, aby medené zapojenie nasledovalo skôr krivkou ako pravým uhlom, aby sa znížila jeho dĺžka a minimalizovala spotrebu energie
Umelá inteligencia je ďalšou technológiou, ktorá stojí za preskúmanie. Nástroje DPS AI môžu automaticky umiestňovať komponenty alebo zvýrazniť potenciálne problémy s návrhom, aby sa zabránilo objaveniu chýb v reálnom svete. Podobné riešenia môžu simulovať rôzne testovacie prostredia na vyhodnotenie výkonnosti PCB pred výrobou fyzických prototypov.

Vysoko súčasný dizajn PCB vyžaduje opatrnosť
Navrhovanie spoľahlivého vysoko-prúdového DPS nie je ľahké, ale nie je to nemožné. Po týchto siedmich krokoch vám pomôže optimalizovať proces navrhovania pri vytváraní efektívnejších vysokorýchlostných zariadení.
Ako priemyselný internet vecí rastie, tieto úvahy sa stanú ešte dôležitejšími. Objímanie ich teraz bude kľúčom k pokračujúcemu úspechu v budúcnosti.