תכנון כל מעגל מודפס הוא מאתגר, במיוחד ככל שההתקנים הולכים וקטנים. תכנון מעגל מודפס לזרם גבוה מורכב אף יותר מכיוון שיש בו את כל אותם מכשולים ודורש קבוצה נוספת של גורמים ייחודיים שיש לקחת בחשבון.
מומחים צופים כי הביקוש למכשירים בעלי הספק גבוה צפוי לעלות ולהשיג שיעורי צמיחה שנתיים דו-ספרתיים עבור האינטרנט של הדברים התעשייתי עד 2030. להלן שבעה צעדים לייעול תכנון PCB באלקטרוניקה בעלת זרם גבוה עבור מגמה זו.

1. ודא גודל כבל מספיק
גודל הקו הוא אחד משיקולי התכנון החשובים ביותר עבור PCBs בעלי זרמים גבוהים. חיווט נחושת נוטה להיות ממוזער עבור עיצובים קומפקטיים יותר, אך זה לא עובד בזרמים גבוהים יותר. חתך רוחב קטן יכול להוביל לאובדן הספק באמצעות פיזור חום, ולכן נדרש גודל מסילה גדול מתאים.
ניתן לשנות את שטח החתך של החוט על ידי התאמת שני גורמים: רוחב החוט ועובי הנחושת. איזון בין שני אלה הוא המפתח להפחתת צריכת החשמל ולשמירה על גודל המעגל המודפס האידיאלי.
השתמש במחשבון רוחב קו המעגל המודפס (PCB) כדי ללמוד אילו רוחבים ועוביים תומכים בסוג הזרם הנדרש עבור המכשיר שלך. בעת שימוש בכלים אלה, הקפד לתכנן את גודל החיווט כך שיתמוך בזרמים גבוהים יותר ממה שאתה חושב שאתה צריך.

2. לחשוב מחדש על מיקום רכיבים
סידור רכיבים הוא שיקול מרכזי נוסף בתכנון PCB בעל זרם גבוה. טרנזיסטורי MOSFET ורכיבים דומים מייצרים הרבה חום, לכן חשוב לשמור עליהם מבודדים ככל האפשר מנקודות חמות או רגישות לטמפרטורה אחרות. זה לא תמיד קל כשמדובר בגורמי צורה מצומצמים.
יש לשמור מגברים וממירים במרחק מתאים מ-MOSFETs ומגופי חימום אחרים. אמנם ייתכן שיהיה מפתה לשמור על אזור בעל הספק גבוה בקצה, אך הדבר אינו מאפשר פיזור טמפרטורה אחיד. במקום זאת, הם ממוקמים בקווים ישרים על פני הלוח כדי לשמור על אנרגיה, מה שהופך את החום לאחיד יותר.
על ידי גישה ראשונה לאזורים המשפיעים ביותר, קל יותר לקבוע את הרכיבים האידיאליים. ראשית, קבע את המיקום האידיאלי עבור הרכיבים בעלי הטמפרטורה הגבוהה. לאחר שתדע היכן למקם אותם, תוכל להשתמש בשאר כדי למלא את החסר.

3. אופטימיזציה של ניהול פיזור חום
באופן דומה, גם לוחות מעגלים מודפסים בעלי זרם גבוה דורשים ניהול תרמי קפדני. עבור רוב היישומים, משמעות הדבר היא שמירה על הטמפרטורה הפנימית מתחת ל-130 מעלות צלזיוס עבור טמפרטורת המעבר לזכוכית של למינציות FR4. אופטימיזציה של מיקום הרכיבים תעזור, אך צעדי מזעור החום חייבים להסתיים שם.
קירור טבעי באמצעות הסעה עשוי להספיק עבור מעגלים מודפסים קטנים יותר של מוצרי אלקטרוניקה, אך ייתכן שלא יספיק עבור יישומים בעלי הספק גבוה יותר. רדיאטורים מכניים עשויים להיות נחוצים. קירור אקטיבי כגון מאווררים או מערכות קירור נוזלי סביב טרנזיסטורי ה-MOSFET גם עוזר. עם זאת, ייתכן שחלק מעיצובי המכשירים לא יהיו גדולים מספיק כדי להכיל רדיאטורים מסורתיים או קירור אקטיבי.
עבור מעגלים מודפסים קטנים יותר אך בעלי ביצועים גבוהים, פיזור חום דרך חורים הוא חלופה שימושית. מתכת מוליכה מאוד עם סדרה של חורים תסיר חום מ-MOSFETs או רכיבים דומים לפני שהוא מגיע לאזורים רגישים יותר.

4. השתמשו בחומרים הנכונים
בחירת חומרים תהיה בעלת יתרון רב בעת אופטימיזציה של ניהול תרמי והבטחת עמידות רכיבים לזרמים גבוהים יותר. זה חל על רכיבי PCB ומצעים.
למרות ש-FR4 הוא המצע הנפוץ ביותר, הוא לא תמיד הבחירה הטובה ביותר עבור עיצובים של PCB בעלי זרם גבוה. PCBS בעלי ליבת מתכת עשויים להיות אידיאליים משום שהם מאזנים את הבידוד והיעילות העלותית של מצעים כמו FR4 עם החוזק ותזוזה הטמפרטורה של מתכות מוליכות מאוד. לחלופין, חלק מהיצרנים מייצרים למינציות מיוחדות עמידות בחום שכדאי לשקול.
שוב, עליכם להשתמש רק ברכיבים בעלי ערכי התנגדות תרמית גבוהים. לפעמים, משמעות הדבר היא בחירת חומרים עמידים יותר בחום, בעוד שבמקרים אחרים זה אומר להשתמש ברכיבים עבים יותר מאותו חומר. האפשרות הטובה ביותר תלויה בגודל המעגל המודפס שלכם, בתקציב ובספקים הזמינים.

5. לשפר את תהליך בקרת האיכות
אמינותם של PCBS בעלי זרם גבוה היא גם עניין של מציאת שגיאות בייצור. אם תהליך הייצור אינו יכול למצוא ולטפל בפגמים שמקזזים את יתרונותיו, אזי ארבע אפשרויות התכנון הנ"ל לא יניבו שיפור משמעותי. בדיקות איכות אמינות יותר עבור איטרציות אב טיפוס הן גם חשובות.
שימוש בכלים הנכונים להערכת איכות של מעגל מודפס (PCB) הוא אחד השיקולים החשובים ביותר בתחום. משווים אופטיים דיגיטליים כתבניות וכיסויים עולים על שיטות מסורתיות מכיוון שהם נמתחים ומתעוותים עם הזמן, מה שפוגע באמינותם. כדאי גם לשקול כלים שקל להפוך אותם לאוטומטיים כדי למזער את הסיכון לטעות אנוש.
ללא קשר לשיטות והטכניקות הספציפיות בהן אתם משתמשים, מעקב אחר כל הפגמים הוא קריטי. עם הזמן, נתונים אלה יכולים לחשוף מגמות בהופעת בעיות, ולספק שינויים אמינים יותר בתכנון המעגלים המודפסים.

6. עיצוב ייצור
גורם דומה אך לעתים קרובות מתעלמים ממנו בתכנון PCB בעל זרם גבוה הוא הבטחת קלות ייצור. אם שגיאות ייצור כה נפוצות עד שההתקן כמעט ולא עומד במפרטים על הנייר, לא משנה עד כמה ה-PCB אמין בתיאוריה.
הפתרון הוא להימנע ככל האפשר מעיצובים מורכבים או מורכבים מדי. בעת תכנון מעגלים מודפסים בעלי זרם גבוה, קחו בחשבון את תהליך הייצור שלכם, תוך התחשבות באופן שבו זרימות עבודה אלו עשויות לייצר אותן ואילו בעיות עלולות להתעורר. ככל שתוכלו לייצר מוצרים ללא שגיאות בקלות רבה יותר, כך הם יהיו אמינים יותר.
שלב זה דורש שיתוף פעולה הדוק עם בעלי עניין בייצור. אם אינכם מטפלים בייצור באופן עצמאי, שתפו את שותפי הייצור שלכם בשלב התכנון כדי לקבל את קלטם בנוגע לבעיות ייצור פוטנציאליות.

7. השתמשו בטכנולוגיה לטובתכם
טכניקות תכנון וייצור חדשות יכולות להקל על האיזון בין שיקולים אלה. הדפסה תלת-ממדית מציגה גמישות עיצובית רבה יותר לתמיכה בפריסות PCB מורכבות יותר ללא שגיאות ייצור. הדיוק שלה גם מאפשר לך להבטיח שחיווט הנחושת יעקוב אחר עקומה ולא זווית ישרה כדי להפחית את אורכו ולמזער את צריכת החשמל.
בינה מלאכותית היא טכנולוגיה נוספת שכדאי לחקור. כלי PCB מבוססי בינה מלאכותית יכולים למקם רכיבים באופן אוטומטי או להדגיש בעיות עיצוב פוטנציאליות כדי למנוע הופעת שגיאות בעולם האמיתי. פתרונות דומים יכולים לדמות סביבות בדיקה שונות כדי להעריך את ביצועי PCBS לפני ייצור אבות טיפוס פיזיים.

תכנון PCB עם זרם גבוה דורש זהירות
תכנון של PCB אמין בעל זרם גבוה אינו קל, אך אינו בלתי אפשרי. ביצוע שבעת השלבים הללו יעזור לכם לייעל את תהליך התכנון שלכם כדי ליצור התקנים בעלי הספק גבוה יעילים יותר.
ככל שהאינטרנט של הדברים התעשייתי יגדל, שיקולים אלה יהפכו לחשובים עוד יותר. אימוץ שלהם עכשיו יהיה המפתח להצלחה מתמשכת בעתיד.