Deseñar calquera placa de circuíto impreso (PCB) é un reto, especialmente a medida que os dispositivos se fan cada vez máis pequenos. O deseño de PCB de alta corrente é aínda máis complexo porque ten os mesmos obstáculos e require un conxunto adicional de factores únicos a ter en conta.
Os expertos prevén que é probable que a demanda de dispositivos de alta potencia aumente ata alcanzar taxas de crecemento anuais de dous díxitos para a IoT industrial en 2030. Aquí tes sete pasos para optimizar o deseño de PCB en electrónica de alta corrente para esta tendencia.

1. Asegúrese de que o cable teña un tamaño suficiente
O tamaño da liña é unha das consideracións de deseño máis importantes para as placas de circuíto impreso de alta corrente. O cableado de cobre tendeu a miniaturizarse para obter deseños máis compactos, pero isto non funciona a correntes máis altas. Unha sección transversal pequena pode provocar perdas de potencia por disipación de calor, polo que se require un tamaño de pista suficientemente grande.
Podes cambiar a área da sección transversal do cable axustando dous factores: o ancho do cable e o grosor do cobre. Equilibrar estes dous é a clave para reducir o consumo de enerxía e manter o tamaño ideal da placa de circuíto impreso.
Usa a calculadora de ancho de liña de PCB para saber que anchos e grosores admiten o tipo de corrente necesaria para o teu dispositivo. Ao usar estas ferramentas, ten coidado de deseñar o tamaño do cableado para soportar correntes máis altas das que cres que necesitas.

2. Repensar a colocación dos compoñentes
A disposición dos compoñentes é outra consideración clave no deseño de PCB de alta corrente. Os MOSFET e compoñentes similares xeran moita calor, polo que é importante mantelos o máis illados posible doutros puntos quentes ou sensibles á temperatura. Isto non sempre é doado cando se trata de factores de forma reducidos.
Os amplificadores e convertidores deben manterse a unha distancia axeitada dos MOSFET e outros elementos de calefacción. Aínda que poida ser tentador manter unha zona de alta potencia no bordo, isto non permite unha distribución uniforme da temperatura. En cambio, colócanse en liñas rectas pola placa para reter a enerxía, o que fai que a calor sexa máis uniforme.
Ao achegarse primeiro ás zonas máis influentes, é máis doado determinar os compoñentes ideais. Primeiro, determine a localización ideal para os compoñentes de alta temperatura. Unha vez que saiba onde colocalos, pode usar o resto para cubrir os ocos.

3. Optimizar a xestión da disipación de calor
Do mesmo xeito, as placas de circuíto impreso (PCB) de alta corrente tamén requiren unha xestión térmica coidadosa. Para a maioría das aplicacións, isto significa manter a temperatura interna por debaixo dos 130 graos Celsius para a temperatura de transición vítrea dos laminados FR4. Optimizar a colocación dos compoñentes axudará, pero os pasos de minimización da calor deben rematar aí.
A refrixeración por convección natural pode ser suficiente para PCB de electrónica de consumo máis pequena, pero pode non ser suficiente para aplicacións de maior potencia. Poden ser necesarios radiadores mecánicos. A refrixeración activa, como ventiladores ou sistemas de refrixeración líquida arredor dos MOSFET, tamén axuda. Non obstante, algúns deseños de dispositivos poden non ser o suficientemente grandes como para acomodar radiadores tradicionais ou refrixeración activa.
Para placas de circuíto impreso (PCB) máis pequenas pero de alto rendemento, a disipación de calor a través de orificios é unha alternativa útil. Un metal altamente condutor cunha serie de orificios vertidos eliminará a calor dos MOSFET ou compoñentes similares antes de que chegue a zonas máis sensibles.

4. Usa os materiais axeitados
A selección de materiais será moi beneficiosa á hora de optimizar a xestión térmica e garantir que os compoñentes poidan soportar correntes máis elevadas. Isto aplícase aos compoñentes e substratos das placas de circuíto impreso.
Aínda que o FR4 é o substrato máis común, non sempre é a mellor opción para deseños de PCB de alta corrente. Os PCB con núcleo metálico poden ser ideais porque equilibran o illamento e a rendibilidade dos substratos como o FR4 coa resistencia e o desprazamento de temperatura dos metais altamente condutores. Alternativamente, algúns fabricantes fabrican laminados especiais resistentes á calor que podes considerar.
De novo, só debes usar compoñentes con altos valores de resistencia térmica. Ás veces, isto significa escoller materiais que sexan máis resistentes á calor, mentres que noutros casos significa usar compoñentes máis grosos do mesmo material. A mellor opción depende do tamaño da túa PCB, do orzamento e dos provedores dispoñibles.

5. Mellorar o proceso de control de calidade
A fiabilidade das placas de circuíto impreso de alta corrente tamén é cuestión de atopar erros na produción. Se o proceso de fabricación non pode atopar e corrixir defectos que compensen as súas vantaxes, as catro opcións de deseño anteriores non producirán moita mellora. Tamén son importantes controis de calidade máis fiables para as iteracións dos prototipos.
Empregar as ferramentas axeitadas para avaliar a calidade dunha placa de circuíto impreso (PCB) é unha das consideracións máis importantes neste campo. Os comparadores ópticos dixitais como modelos e cubertas superan os métodos tradicionais, xa que se estiran e distorsionan co tempo, o que dificulta a súa fiabilidade. Tamén debes considerar ferramentas que sexan fáciles de automatizar para minimizar o risco de erro humano.
Independentemente dos métodos e técnicas específicos que empregues, o seguimento de todos os defectos é fundamental. Co tempo, estes datos poden revelar tendencias na aparición de problemas, o que proporciona cambios no deseño das placas de circuíto impreso máis fiables.

6. Deseño de fabricabilidade
Un factor similar, pero a miúdo pasado por alto, no deseño de PCB de alta corrente é garantir a facilidade de fabricación. Se os erros de produción son tan comúns que o dispositivo raramente cumpre as especificacións no papel, non importa o fiable que sexa o PCB en teoría.
A solución é evitar na medida do posible deseños demasiado complexos ou intrincados. Ao deseñar PCB de alta corrente, teña en conta o seu proceso de fabricación, considerando como estes fluxos de traballo poderían producilos e que problemas poderían xurdir. Canto máis doado sexa fabricar produtos sen erros, máis fiables serán.
Este paso require unha estreita cooperación coas partes interesadas na produción. Se non xestionas a fabricación internamente, involucra aos teus socios de produción na fase de deseño para obter a súa opinión sobre posibles problemas de fabricabilidade.

7. Usa a tecnoloxía na túa vantaxe
As novas técnicas de planificación e produción poden facilitar o equilibrio destas consideracións. A impresión 3D introduce unha maior flexibilidade de deseño para soportar deseños de PCB máis complexos sen erros de produción. A súa precisión tamén permite garantir que o cableado de cobre siga unha curva en lugar dun ángulo recto para reducir a súa lonxitude e minimizar o consumo de enerxía.
A intelixencia artificial é outra tecnoloxía que paga a pena investigar. As ferramentas de IA para PCB poden colocar automaticamente compoñentes ou destacar posibles problemas de deseño para evitar que aparezan erros no mundo real. Solucións semellantes poden simular diferentes entornos de proba para avaliar o rendemento dos PCB antes de producir prototipos físicos.

O deseño de PCB de alta corrente require precaución
Deseñar unha placa de circuíto impreso (PCB) fiable de alta corrente non é doado, pero tampouco imposible. Seguir estes sete pasos axudarache a optimizar o teu proceso de deseño para crear dispositivos de alta potencia máis eficientes.
A medida que medra a Internet industrial das cousas, estas consideracións cobrarán aínda máis importancia. Adoptalas agora será a clave para o éxito continuo no futuro.