Bet kokios spausdintinės plokštės projektavimas yra sudėtingas, ypač kai įrenginiai tampa vis mažesni. Didelės srovės spausdintinių plokščių projektavimas yra dar sudėtingesnis, nes susiduria su tomis pačiomis kliūtimis ir reikia atsižvelgti į papildomą unikalių veiksnių rinkinį.
Ekspertai prognozuoja, kad didelės galios įrenginių paklausa greičiausiai išaugs ir iki 2030 m. pramoninio daiktų interneto metiniai augimo tempai pasieks dviženklį skaičių. Pateikiame septynis žingsnius, kaip optimizuoti PCB dizainą didelės srovės elektronikoje, atsižvelgiant į šią tendenciją.

1. Užtikrinkite pakankamą kabelio skerspjūvį
Linijos dydis yra vienas svarbiausių didelės srovės spausdintinių plokščių projektavimo aspektų. Variniai laidai buvo linkę būti miniatiūrizuoti, kad būtų galima sukurti kompaktiškesnius dizainus, tačiau tai neveikia esant didesnėms srovėms. Mažas skerspjūvis gali lemti energijos nuostolius dėl šilumos išsklaidymo, todėl reikalingas pakankamai didelis bėgelių dydis.
Laido skerspjūvio plotą galite pakeisti keisdami du veiksnius: laido plotį ir vario storį. Šių dviejų parametrų subalansavimas yra raktas į energijos suvartojimo mažinimą ir idealaus spausdintinės plokštės dydžio išlaikymą.
Norėdami sužinoti, kokio pločio ir storio linijos palaiko jūsų įrenginiui reikalingą srovės tipą, naudokite PCB linijos pločio skaičiuoklę. Naudodami šiuos įrankius, atidžiai suprojektuokite laidų dydį taip, kad jis atlaikytų didesnes sroves, nei manote, kad jums reikia.

2. Permąstykite komponentų išdėstymą
Komponentų išdėstymas yra dar vienas svarbus aspektas projektuojant didelės srovės spausdintines plokštes. MOSFET tranzistoriai ir panašūs komponentai generuoja daug šilumos, todėl svarbu juos kuo labiau izoliuoti nuo kitų karštų ar temperatūrai jautrių vietų. Tai ne visada lengva, kai kalbama apie mažo formato plokštę.
Stiprintuvai ir keitikliai turėtų būti laikomi tinkamu atstumu nuo MOSFETų ir kitų kaitinimo elementų. Nors gali kilti pagunda išlaikyti didelės galios zoną pakraštyje, tai neleidžia tolygiai paskirstyti temperatūros. Vietoj to, jie išdėstomi tiesiomis linijomis visoje plokštėje, kad išlaikytų energiją, o tai užtikrina tolygesnį šilumos pasiskirstymą.
Pirmiausia sprendžiant įtakingiausias sritis, lengviau nustatyti idealius komponentus. Pirmiausia nustatykite idealią vietą aukštos temperatūros komponentams. Kai žinosite, kur juos dėti, galėsite užpildyti likusius elementus.

3. Optimizuokite šilumos išsklaidymo valdymą
Panašiai ir didelės srovės spausdintinėms plokštėms reikalingas kruopštus šilumos valdymas. Daugeliu atvejų tai reiškia, kad FR4 laminatų stiklėjimo temperatūra turi būti palaikoma žemesnė nei 130 laipsnių Celsijaus. Optimizuotas komponentų išdėstymas padės, tačiau šilumos mažinimo veiksmai tuo turi ir baigtis.
Natūralaus konvekcinio aušinimo gali pakakti mažesnėms plataus vartojimo elektronikos spausdintinėms plokštėms, tačiau gali nepakakti didesnės galios įrenginiams. Gali prireikti mechaninių radiatorių. Taip pat padeda aktyvus aušinimas, pavyzdžiui, ventiliatoriai arba skysčio aušinimo sistemos aplink MOSFET tranzistorius. Tačiau kai kurių įrenginių konstrukcijos gali būti nepakankamai didelės, kad tilptų tradiciniai radiatoriai arba aktyvus aušinimas.
Mažesnėms, bet didelio našumo spausdintinėms plokštėms šilumos išsklaidymas per skyles yra naudinga alternatyva. Labai laidus metalas su išlieta skylių serija pašalins šilumą iš MOSFET tranzistorių ar panašių komponentų, kol ji nepasiekė jautresnių vietų.

4. Naudokite tinkamas medžiagas
Medžiagų pasirinkimas bus labai naudingas optimizuojant šilumos valdymą ir užtikrinant, kad komponentai atlaikytų didesnes sroves. Tai taikoma PCB komponentams ir pagrindams.
Nors FR4 yra labiausiai paplitęs pagrindas, jis ne visada yra geriausias pasirinkimas didelės srovės PCB konstrukcijoms. Metalinės šerdies PCB gali būti idealus pasirinkimas, nes jos suderina tokių pagrindų kaip FR4 izoliaciją ir ekonomiškumą su labai laidžių metalų stiprumu ir temperatūros poslinkiu. Arba kai kurie gamintojai gamina specialius karščiui atsparius laminatus, kuriuos galite apsvarstyti.
Vėlgi, turėtumėte naudoti tik komponentus, pasižyminčius didele šilumine varža. Kartais tai reiškia rinktis karščiui atsparesnes medžiagas, o kitais atvejais – storesnius tos pačios medžiagos komponentus. Kuris variantas geriausias, priklauso nuo jūsų spausdintinės plokštės dydžio, biudžeto ir galimų tiekėjų.

5. Pagerinti kokybės kontrolės procesą
Didelės srovės spausdintinių plokščių patikimumas taip pat priklauso nuo gamybos klaidų aptikimo. Jei gamybos proceso metu negalima rasti ir pašalinti defektų, kurie nusvertų jo privalumus, tai aukščiau paminėti keturi projektavimo variantai didelio pagerėjimo neduos. Taip pat svarbūs patikimesni prototipų iteracijų kokybės patikrinimai.
Tinkamų įrankių naudojimas spausdintinės plokštės kokybei įvertinti yra vienas iš svarbiausių aspektų šioje srityje. Skaitmeniniai optiniai lygintuvai, kaip šablonai ir dangos, pranoksta tradicinius metodus, nes laikui bėgant jie išsitempia ir deformuojasi, o tai mažina jų patikimumą. Taip pat turėtumėte apsvarstyti įrankius, kuriuos lengva automatizuoti, kad sumažintumėte žmogiškųjų klaidų riziką.
Nepriklausomai nuo konkrečių metodų ir technikų, kuriuos naudojate, labai svarbu sekti visus defektus. Laikui bėgant šie duomenys gali atskleisti problemų atsiradimo tendencijas, o tai leidžia atlikti patikimesnius spausdintinių plokščių projektavimo pakeitimus.

6. Gamybiškumo dizainas
Panašus, bet dažnai nepastebimas veiksnys projektuojant didelės srovės spausdintines plokštes yra gamybos paprastumas. Jei gamybos klaidos yra tokios dažnos, kad įrenginys retai atitinka popieriuje pateiktas specifikacijas, nesvarbu, kokia patikima yra spausdintinė plokštė teoriškai.
Sprendimas – kiek įmanoma vengti pernelyg sudėtingų ar painių konstrukcijų. Projektuodami didelės srovės spausdintines plokštes, atsižvelkite į savo gamybos procesą, įvertindami, kaip šie darbo eigos gali jas sukurti ir kokios problemos gali kilti. Kuo lengviau galėsite pagaminti gaminius be klaidų, tuo jie bus patikimesni.
Šis žingsnis reikalauja glaudaus bendradarbiavimo su gamybos suinteresuotosiomis šalimis. Jei nevykdote gamybos patys, įtraukite savo gamybos partnerius į projektavimo etapą, kad gautumėte jų nuomonę apie galimas gaminamumo problemas.

7. Išnaudokite technologijas savo naudai
Nauji planavimo ir gamybos metodai gali palengvinti šių aspektų suderinimą. 3D spausdinimas suteikia daugiau projektavimo lankstumo, kad būtų galima palaikyti sudėtingesnius spausdintinių plokščių išdėstymus be gamybos klaidų. Tikslumas taip pat leidžia užtikrinti, kad variniai laidai būtų išlenkti, o ne statmeni, taip sumažinant jų ilgį ir energijos suvartojimą.
Dirbtinis intelektas yra dar viena technologija, kurią verta ištirti. Dirbtinio intelekto spausdintinių plokščių įrankiai gali automatiškai išdėstyti komponentus arba išryškinti galimas projektavimo problemas, kad būtų išvengta klaidų atsiradimo realiame pasaulyje. Panašūs sprendimai gali imituoti skirtingas bandymų aplinkas, kad būtų įvertintas spausdintinių plokščių našumas prieš sukuriant fizinius prototipus.

Didelės srovės PCB projektavimas reikalauja atsargumo
Suprojektuoti patikimą didelės srovės spausdintinę plokštę nėra lengva, bet ne neįmanoma. Šie septyni žingsniai padės optimizuoti projektavimo procesą ir sukurti efektyvesnius didelės galios įrenginius.
Augant pramoniniam daiktų internetui, šie aspektai taps dar svarbesni. Jų priėmimas dabar bus raktas į tolesnę sėkmę ateityje.