Die ontwerp van enige PCB is uitdagend, veral namate toestelle kleiner en kleiner word. Hoëstroom-PCB-ontwerp is selfs meer kompleks omdat dit al dieselfde struikelblokke het en 'n bykomende stel unieke faktore vereis om in ag te neem.
Kenners voorspel dat die vraag na hoëkragtoestelle waarskynlik sal styg om dubbelsyfer-jaarlikse groeikoerse vir die industriële IoT teen 2030 te bereik. Hier is sewe stappe om PCB-ontwerp in hoëstroom-elektronika vir hierdie tendens te optimaliseer.

1. Verseker voldoende kabelgrootte
Lyngrootte is een van die belangrikste ontwerpoorwegings vir hoëstroom-PCB's. Koperbedrading is geneig om geminiaturiseer te word vir meer kompakte ontwerpe, maar dit werk nie by hoër strome nie. 'n Klein dwarssnit kan lei tot kragverlies deur hitteverspreiding, dus is 'n geskikte groot spoorgrootte nodig.
Jy kan die deursnee-area van die draad verander deur twee faktore aan te pas: die breedte van die draad en die dikte van die koper. Die balansering van hierdie twee is die sleutel tot die vermindering van kragverbruik en die handhawing van die ideale PCB-grootte.
Gebruik die PCB-lynwydte-sakrekenaar om te leer watter breedtes en diktes die tipe stroom ondersteun wat vir jou toestel benodig word. Wanneer jy hierdie gereedskap gebruik, wees versigtig om die bedradingsgrootte te ontwerp om hoër strome te ondersteun as wat jy dink jy nodig het.

2. Heroorweeg komponentplasing
Komponentuitleg is nog 'n belangrike oorweging in hoëstroom-PCB-ontwerp. MOSFET's en soortgelyke komponente genereer baie hitte, daarom is dit belangrik om hulle so geïsoleerd as moontlik van ander warm of temperatuursensitiewe kolle te hou. Dit is nie altyd maklik wanneer daar met verminderde vormfaktore gewerk word nie.
Versterkers en omsetters moet op 'n gepaste afstand van MOSFET's en ander verwarmingselemente gehou word. Alhoewel dit aanloklik kan wees om 'n hoëkragsone aan die rand te handhaaf, laat dit nie 'n eenvormige temperatuurverspreiding toe nie. In plaas daarvan word hulle in reguit lyne oor die bord geplaas om energie te behou, wat die hitte meer egalig maak.
Deur eers die mees invloedryke areas te benader, is dit makliker om die ideale komponente te bepaal. Bepaal eers die ideale ligging vir die hoëtemperatuurkomponente. Sodra jy weet waar om hulle te plaas, kan jy die res gebruik om die gapings te vul.

3. Optimaliseer hitte-afvoerbestuur
Net so vereis hoëstroom-PCB's ook noukeurige termiese bestuur. Vir die meeste toepassings beteken dit dat die interne temperatuur onder 130 grade Celsius gehou word vir die glasoorgangstemperatuur van FR4-laminate. Die optimalisering van komponentplasing sal help, maar jou hitteminimaliseringstappe moet daar stop.
Natuurlike konveksieverkoeling mag voldoende wees vir kleiner verbruikerselektronika-PCB's, maar mag nie voldoende wees vir hoërkragtoepassings nie. Meganiese verkoelers mag nodig wees. Aktiewe verkoeling soos waaiers of vloeistofverkoelingstelsels rondom die MOSFET's help ook. Sommige toestelontwerpe is egter dalk nie groot genoeg om tradisionele verkoelers of aktiewe verkoeling te akkommodeer nie.
Vir kleiner maar hoëprestasie-PCB's is hitte-afvoer deur gate 'n nuttige alternatief. 'n Hoogs geleidende metaal met 'n reeks gate daarin sal hitte van MOSFET's of soortgelyke komponente verwyder voordat dit meer sensitiewe areas bereik.

4. Gebruik die regte materiale
Materiaalkeuse sal van groot voordeel wees wanneer termiese bestuur geoptimaliseer word en verseker word dat komponente hoër strome kan weerstaan. Dit geld vir PCB-komponente en substrate.
Alhoewel FR4 die mees algemene substraat is, is dit nie altyd die beste keuse vir hoëstroom-PCB-ontwerpe nie. Metaalkern-PCB's kan ideaal wees omdat hulle die isolasie en koste-effektiwiteit van substrate soos FR4 balanseer met die sterkte en temperatuurverplasing van hoogs geleidende metale. Alternatiewelik maak sommige vervaardigers spesiale hittebestande laminate wat jy kan oorweeg.
Weereens, jy moet slegs komponente met hoë termiese weerstandswaardes gebruik. Soms beteken dit om materiale te kies wat meer hittebestand is, terwyl dit in ander gevalle beteken dat jy dikker komponente van dieselfde materiaal gebruik. Watter opsie die beste is, hang af van jou PCB-grootte, begroting en beskikbare verskaffers.

5. Verbeter die gehaltebeheerproses
Die betroubaarheid van hoëstroom-PCB's is ook 'n kwessie van die vind van foute in produksie. As die vervaardigingsproses nie defekte kan vind en aanspreek wat die voordele daarvan neutraliseer nie, sal die bogenoemde vier ontwerpkeuses nie veel verbetering oplewer nie. Meer betroubare kwaliteitskontroles vir prototipe-iterasies is ook belangrik.
Die gebruik van die regte gereedskap om die kwaliteit van 'n PCB te evalueer, is een van die belangrikste oorwegings in die veld. Digitale optiese vergelykers as sjablone en bedekkings oortref tradisionele metodes, aangesien hulle mettertyd rek en vervorm, wat hul betroubaarheid belemmer. Jy moet ook gereedskap oorweeg wat maklik is om te outomatiseer om die risiko van menslike foute te verminder.
Ongeag die spesifieke metodes en tegnieke wat jy gebruik, is die opsporing van alle defekte van kritieke belang. Met verloop van tyd kan hierdie data tendense in die opkoms van probleme openbaar, wat meer betroubare PCB-ontwerpveranderinge bied.

6. Vervaardigbaarheidsontwerp
'n Soortgelyke, maar dikwels oor die hoof gesiene faktor in hoëstroom-PCB-ontwerp, is om maklike vervaardiging te verseker. As produksiefoute so algemeen is dat die toestel selde aan die spesifikasies op papier voldoen, maak dit nie saak hoe betroubaar die PCB in teorie is nie.
Die oplossing is om soveel as moontlik oordrewe komplekse of ingewikkelde ontwerpe te vermy. Wanneer jy hoëstroom-PCB's ontwerp, hou jou vervaardigingsproses in gedagte, en oorweeg hoe hierdie werkvloeie dit kan veroorsaak en watter probleme kan ontstaan. Hoe makliker jy foutvrye produkte kan maak, hoe meer betroubaar sal hulle wees.
Hierdie stap vereis noue samewerking met produksiebelanghebbendes. Indien jy nie vervaardiging intern hanteer nie, betrek jou produksievennote by die ontwerpfase om hul insette oor potensiële vervaardigbaarheidskwessies te kry.

7. Gebruik tegnologie tot jou voordeel
Nuwe beplannings- en produksietegnieke kan die balansering van hierdie oorwegings makliker maak. 3D-drukwerk bied meer ontwerpbuigsaamheid om meer komplekse PCB-uitlegte sonder produksiefoute te ondersteun. Die presisie daarvan laat jou ook toe om te verseker dat die koperbedrading 'n kromme eerder as 'n regte hoek volg om die lengte daarvan te verminder en kragverbruik te minimaliseer.
Kunsmatige intelligensie is nog 'n tegnologie wat die moeite werd is om te ondersoek. KI-PCB-gereedskap kan outomaties komponente plaas of potensiële ontwerpprobleme uitlig om te verhoed dat foute in die werklike wêreld verskyn. Soortgelyke oplossings kan verskillende toetsomgewings simuleer om die werkverrigting van PCB's te evalueer voordat fisiese prototipes vervaardig word.

Hoëstroom-PCB-ontwerp vereis versigtigheid
Dit is nie maklik om 'n betroubare hoëstroom-PCB te ontwerp nie, maar dit is ook nie onmoontlik nie. Deur hierdie sewe stappe te volg, sal jy jou ontwerpproses optimaliseer om meer doeltreffende hoëkragtoestelle te skep.
Soos die Industriële Internet van Dinge groei, sal hierdie oorwegings selfs belangriker word. Om hulle nou te aanvaar, sal die sleutel tot volgehoue ​​sukses in die toekoms wees.