Jebkuras PCB plates projektēšana ir izaicinājums, jo īpaši tāpēc, ka ierīces kļūst arvien mazākas. Augstas strāvas PCB plates projektēšana ir vēl sarežģītāka, jo tai ir visi tie paši šķēršļi un jāņem vērā papildu unikālu faktoru kopums.
Eksperti prognozē, ka pieprasījums pēc lieljaudas ierīcēm, visticamāk, pieaugs un līdz 2030. gadam sasniegs divciparu gada pieauguma tempus rūpnieciskajam lietu internetam (IoT). Šeit ir septiņi soļi, lai optimizētu PCB dizainu lieljaudas elektronikā, ņemot vērā šo tendenci.

1. Nodrošiniet pietiekamu kabeļa izmēru
Līnijas izmērs ir viens no svarīgākajiem apsvērumiem augstas strāvas PCB projektēšanā. Vara vadi parasti tiek miniaturizēti, lai iegūtu kompaktākus dizainus, taču tas nedarbojas pie lielākām strāvām. Mazs šķērsgriezums var izraisīt jaudas zudumus siltuma izkliedes dēļ, tāpēc ir nepieciešams atbilstoši liels sliežu ceļa izmērs.
Vada šķērsgriezuma laukumu var mainīt, pielāgojot divus faktorus: vada platumu un vara biezumu. Šo divu faktoru līdzsvarošana ir galvenais, lai samazinātu enerģijas patēriņu un saglabātu ideālu PCB izmēru.
Izmantojiet PCB līnijas platuma kalkulatoru, lai uzzinātu, kādi platumi un biezumi atbalsta jūsu ierīcei nepieciešamo strāvas veidu. Izmantojot šos rīkus, rūpīgi izplānojiet vadu izmēru tā, lai tas atbalstītu lielākas strāvas, nekā, jūsuprāt, nepieciešams.

2. Pārdomājiet komponentu izvietojumu
Komponentu izkārtojums ir vēl viens svarīgs apsvērums augstas strāvas PCB projektēšanā. MOSFET un līdzīgi komponenti rada daudz siltuma, tāpēc ir svarīgi tos pēc iespējas izolēt no citām karstām vai temperatūras ziņā jutīgām vietām. Tas ne vienmēr ir viegli, strādājot ar samazinātiem formas faktoriem.
Pastiprinātāji un pārveidotāji jāglabā atbilstošā attālumā no MOSFET tranzistoriem un citiem sildelementiem. Lai gan varētu rasties kārdinājums saglabāt augstas jaudas zonu malā, tas nenodrošina vienmērīgu temperatūras sadalījumu. Tā vietā tie tiek novietoti taisnās līnijās pāri platei, lai saglabātu enerģiju, kas padara siltumu vienmērīgāku.
Vispirms pievēršoties ietekmīgākajām zonām, ir vieglāk noteikt ideālās sastāvdaļas. Vispirms nosakiet ideālo atrašanās vietu augstas temperatūras sastāvdaļām. Kad zināt, kur tās novietot, varat izmantot pārējās, lai aizpildītu tukšumus.

3. Optimizēt siltuma izkliedes pārvaldību
Līdzīgi arī augstas strāvas PCB platēm nepieciešama rūpīga termiskā pārvaldība. Vairumā pielietojumu tas nozīmē, ka FR4 laminātu stiklošanās temperatūrai jābūt zemākai par 130 grādiem pēc Celsija. Palīdzēs komponentu izvietojuma optimizācija, taču siltuma samazināšanas pasākumiem ar to ir jābeidzas.
Dabiskā konvekcijas dzesēšana var būt pietiekama mazākām plaša patēriņa elektronikas iespiedshēmu platēm, bet var nebūt pietiekama lielākas jaudas lietojumprogrammām. Var būt nepieciešami mehāniskie radiatori. Noderīga ir arī aktīvā dzesēšana, piemēram, ventilatori vai šķidruma dzesēšanas sistēmas ap MOSFET tranzistoriem. Tomēr dažu ierīču konstrukcijas var nebūt pietiekami lielas, lai tajās ietilptu tradicionālie radiatori vai aktīvā dzesēšana.
Mazākām, bet augstas veiktspējas PCB platēm siltuma izkliede caur caurumiem ir noderīga alternatīva. Augsti vadošs metāls ar izlietiem caurumiem noņems siltumu no MOSFET tranzistoriem vai līdzīgām sastāvdaļām, pirms tas sasniedz jutīgākas zonas.

4. Izmantojiet pareizos materiālus
Materiālu izvēle būs ļoti noderīga, optimizējot termisko pārvaldību un nodrošinot, ka komponenti var izturēt lielākas strāvas. Tas attiecas uz PCB komponentiem un substrātiem.
Lai gan FR4 ir visizplatītākais substrāts, tas ne vienmēr ir labākā izvēle augstas strāvas PCB konstrukcijām. Metāla serdes PCB var būt ideāli piemēroti, jo tie līdzsvaro tādu substrātu kā FR4 izolāciju un izmaksu efektivitāti ar augsti vadošu metālu izturību un temperatūras svārstībām. Alternatīvi, daži ražotāji ražo īpašus karstumizturīgus laminātus, kurus jūs varētu apsvērt.
Atkal, jums vajadzētu izmantot tikai komponentus ar augstu termisko pretestību. Dažreiz tas nozīmē izvēlēties materiālus, kas ir karstumizturīgāki, bet citos gadījumos tas nozīmē izmantot biezākus komponentus no tā paša materiāla. Kura iespēja ir labākā, ir atkarīga no jūsu PCB izmēra, budžeta un pieejamajiem piegādātājiem.

5. Uzlabot kvalitātes kontroles procesu
Augstas strāvas PCB uzticamība ir atkarīga arī no kļūdu atrašanas ražošanā. Ja ražošanas procesā nevar atrast un novērst defektus, kas atsver tā priekšrocības, tad iepriekš minētās četras dizaina izvēles nesniegs ievērojamus uzlabojumus. Svarīgas ir arī uzticamākas kvalitātes pārbaudes prototipu iterācijām.
Pareizo rīku izmantošana PCB kvalitātes novērtēšanai ir viens no svarīgākajiem apsvērumiem šajā jomā. Digitālie optiskie komparatori kā veidnes un pārklājumi pārspēj tradicionālās metodes, jo laika gaitā tie stiepjas un deformējas, tādējādi samazinot to uzticamību. Jums vajadzētu apsvērt arī rīkus, kurus ir viegli automatizēt, lai samazinātu cilvēcisko kļūdu risku.
Neatkarīgi no izmantotajām konkrētajām metodēm un paņēmieniem, visu defektu izsekošana ir kritiski svarīga. Laika gaitā šie dati var atklāt problēmu rašanās tendences, nodrošinot uzticamākas PCB dizaina izmaiņas.

6. Ražojamības dizains
Līdzīgs, bet bieži vien aizmirsts faktors augstas strāvas PCB projektēšanā ir ražošanas vienkāršības nodrošināšana. Ja ražošanas kļūdas ir tik bieži sastopamas, ka ierīce reti atbilst specifikācijām uz papīra, nav svarīgi, cik uzticama PCB ir teorētiski.
Risinājums ir pēc iespējas izvairīties no pārāk sarežģītām vai komplicētām konstrukcijām. Projektējot augstas strāvas PCB, paturiet prātā savu ražošanas procesu, apsverot, kā šīs darbplūsmas varētu tās radīt un kādas problēmas varētu rasties. Jo vieglāk jūs varat izgatavot produktus bez kļūdām, jo ​​uzticamāki tie būs.
Šajā posmā ir nepieciešama cieša sadarbība ar ražošanas ieinteresētajām personām. Ja jūs pats neveicat ražošanu, iesaistiet savus ražošanas partnerus projektēšanas fāzē, lai uzzinātu viņu viedokli par iespējamām ražojamības problēmām.

7. Izmantojiet tehnoloģijas savā labā
Jaunas plānošanas un ražošanas metodes var atvieglot šo apsvērumu līdzsvarošanu. 3D drukāšana nodrošina lielāku dizaina elastību, lai atbalstītu sarežģītākus PCB izkārtojumus bez ražošanas kļūdām. Tās precizitāte ļauj arī nodrošināt, ka vara vadi seko līknei, nevis taisnam leņķim, lai samazinātu to garumu un samazinātu enerģijas patēriņu.
Mākslīgais intelekts ir vēl viena tehnoloģija, kuru ir vērts izpētīt. Mākslīgā intelekta rīki, kas balstīti uz PCB platēm, var automātiski novietot komponentus vai izcelt potenciālas dizaina problēmas, lai novērstu kļūdu parādīšanos reālajā pasaulē. Līdzīgi risinājumi var simulēt dažādas testēšanas vides, lai novērtētu PCB plates veiktspēju pirms fizisku prototipu izgatavošanas.

Augstas strāvas PCB konstrukcijai nepieciešama piesardzība
Uzticamas lielas strāvas PCB plates projektēšana nav vienkārša, taču tā nav neiespējama. Šo septiņu darbību veikšana palīdzēs optimizēt projektēšanas procesu, lai izveidotu efektīvākas lielas jaudas ierīces.
Attīstoties rūpnieciskajam lietu internetam, šie apsvērumi kļūs vēl svarīgāki. To ņemšana vērā jau tagad būs atslēga uz turpmākiem panākumiem nākotnē.