Att designa alla PCB är utmanande, särskilt när enheter blir mindre och mindre. Högström PCB-design är ännu mer komplex eftersom den har samma hinder och kräver en ytterligare uppsättning unika faktorer att tänka på.
Experter förutspår att efterfrågan på enheter med hög effekt sannolikt kommer att stiga för att uppnå tvåsiffriga årliga tillväxttakt för den industriella IoT år 2030. Här är sju steg för att optimera PCB-design i högström elektronik för denna trend.

1. Säkerhetens kabelstorlek
Linjestorlek är en av de viktigaste designhänsynen för högström PCB. Kopparledningar har tenderat att miniatyriseras för mer kompakta mönster, men detta fungerar inte vid högre strömmar. Ett litet tvärsnitt kan leda till kraftförlust genom värmeavledning, så en lämpligt stor spårstorlek krävs.
Du kan ändra tvärsnittsområdet för tråden genom att justera två faktorer: trådens bredd och kopparnas tjocklek. Att balansera dessa två är nyckeln till att minska strömförbrukningen och upprätthålla den perfekta PCB -storleken.
Använd PCB -linjens breddkalkylator för att lära dig vilka bredder och tjocklekar som stöder den typ av ström som krävs för din enhet. När du använder dessa verktyg, var noga med att utforma ledningsstorleken för att stödja högre strömmar än du tror att du behöver.

2.Retänkkomponentplacering
Komponentlayout är en annan viktig övervägning i PCB-design med hög ström. MOSFETS och liknande komponenter genererar mycket värme, så det är viktigt att hålla dem som isolerade från andra varma eller temperaturkänsliga fläckar som möjligt. Detta är inte alltid lätt när man hanterar reducerade formfaktorer.
Förstärkare och omvandlare bör hållas på ett lämpligt avstånd från MOSFETS och andra uppvärmningselement. Även om det kan vara frestande att upprätthålla en högeffektzon vid kanten, möjliggör detta inte en enhetlig temperaturfördelning. Istället placeras de i raka linjer över hela linjen för att behålla energi, vilket gör värmen jämnare.
Genom att närma sig de mest inflytelserika områdena är det lättare att bestämma de ideala komponenterna. Bestäm först den perfekta platsen för högtemperaturkomponenterna. När du vet var du ska placera dem kan du använda resten för att fylla i luckorna.

3.Optimera värmeavledningshantering
På liknande sätt kräver högström PCB: er också noggrann termisk hantering. För de flesta applikationer innebär detta att den inre temperaturen håller under 130 grader Celsius för glasövergångstemperaturen för FR4 -laminat. Optimering av komponentplacering hjälper, men dina värmeminimeringssteg måste stoppa där.
Naturlig konvektionskylning kan vara tillräcklig för mindre konsumentelektronik PCB, men kanske inte är tillräcklig för högre effektapplikationer. Mekaniska radiatorer kan vara nödvändiga. Aktiv kylning som fläktar eller flytande kylsystem runt MOSFET: erna hjälper också. Vissa enhetsdesign kanske inte är tillräckligt stora för att rymma traditionella radiatorer eller aktiv kylning.
För mindre men högpresterande PCB är värmeavledning genom hål ett användbart alternativ. En mycket ledande metall med en serie hål som hälls kommer att ta bort värme från MOSFETS eller liknande komponenter innan den når mer känsliga områden.

4. Använd rätt material
Materialval kommer att vara till stor fördel när man optimerar termisk hantering och säkerställer att komponenter tål högre strömmar. Detta gäller PCB -komponenter och underlag.
Även om FR4 är det vanligaste underlaget är det inte alltid det bästa valet för PCB-konstruktioner med hög ström. Metallkärniga PCB kan vara idealiska eftersom de balanserar isolering och kostnadseffektivitet för substrat såsom FR4 med styrka och temperaturförskjutning av mycket ledande metaller. Alternativt tillverkar vissa tillverkare speciella värmebeständiga laminat som du kan tänka på.
Återigen bör du bara använda komponenter med höga värden för termisk motstånd. Ibland betyder detta att välja material som är mer värmebeständiga, medan det i andra fall betyder att du använder tjockare komponenter i samma material. Vilket alternativ är bäst beror på din PCB -storlek, budget och tillgängliga leverantörer.

5. Förbättra kvalitetskontrollprocessen
Tillförlitligheten för PCB med hög ström handlar också om att hitta fel i produktionen. Om tillverkningsprocessen inte kan hitta och ta itu med defekter som kompenserar sina fördelar, kommer ovanstående fyra designval inte att ge mycket förbättring. Mer tillförlitliga kvalitetskontroller för prototyp -iterationer är också viktiga.
Att använda rätt verktyg för att utvärdera kvaliteten på en PCB är ett av de viktigaste övervägandena i fältet. Digitala optiska komparatorer som mallar och täckningar överträffar traditionella metoder när de sträcker sig och förvränger över tid, vilket hindrar deras tillförlitlighet. Du bör också överväga verktyg som är enkla att automatisera för att minimera risken för mänskliga fel.
Oavsett de specifika metoder och tekniker du använder är att spåra alla defekter kritiskt. Med tiden kan dessa data avslöja trender i uppkomsten av problem, vilket ger mer pålitliga PCB -designförändringar.

6. Tillverkningsbarhetsdesign
En liknande men ofta förbisett faktor i PCB-design med hög ström är att säkerställa att tillverkningen är lättare. Om produktionsfel är så vanliga att enheten sällan uppfyller specifikationerna på papper, spelar det ingen roll hur tillförlitlig PCB är i teorin.
Lösningen är att undvika alltför komplexa eller komplicerade mönster så mycket som möjligt. När du utformar PCB med hög ström, håll din tillverkningsprocess i åtanke med tanke på hur dessa arbetsflöden kan ge dem och vilka problem som kan uppstå. Ju lättare du kan göra felfria produkter, desto mer pålitliga blir de.
Detta steg kräver ett nära samarbete med produktionsintressenter. Om du inte hanterar tillverkning internt ska du involvera dina produktionspartners i designfasen för att få sina input på potentiella tillverkningsfrågor.

7. Använd teknik till din fördel
Nya planerings- och produktionstekniker kan göra det lättare att balansera dessa överväganden. 3D -utskrift introducerar mer designflexibilitet för att stödja mer komplexa PCB -layouter utan produktionsfel. Dess precision gör att du också kan se till att kopparledningen följer en kurva snarare än en rätt vinkel för att minska dess längd och minimera strömförbrukningen
Konstgjord intelligens är en annan teknik som är värd att undersöka. AI PCB -verktyg kan automatiskt placera komponenter eller markera potentiella designproblem för att förhindra att fel visas i den verkliga världen. Liknande lösningar kan simulera olika testmiljöer för att utvärdera prestanda för PCB innan de producerar fysiska prototyper.

Hög ström PCB -design kräver försiktighet
Att utforma en pålitlig högström PCB är inte lätt, men det är inte omöjligt. Att följa dessa sju steg hjälper dig att optimera din designprocess för att skapa effektivare enheter med hög effekt.
När det industriella Internet of Things växer kommer dessa överväganden att bli ännu viktigare. Omfamna dem nu kommer att vara nyckeln till fortsatt framgång i framtiden.