Дизајнирањето на која било печатена плочка е предизвикувачки, особено како што уредите стануваат сè помали и помали. Дизајнот на печатена плочка со висока струја е уште посложен бидејќи има исти пречки и бара дополнителен сет на уникатни фактори што треба да се земат предвид.
Експертите предвидуваат дека побарувачката за уреди со голема моќност веројатно ќе се зголеми за да се постигнат двоцифрени годишни стапки на раст за индустрискиот интернет на интернет до 2030 година. Еве седум чекори за оптимизирање на дизајнот на печатени плочки (PCB) во електрониката со висока струја за овој тренд.

1. Обезбедете доволна големина на кабелот
Големината на линијата е еден од најважните фактори што влијаат врз дизајнот на PCB-ата со висока струја. Бакарните жици имаат тенденција да бидат минијатуризирани за покомпактни дизајни, но ова не функционира при повисоки струи. Мал пресек може да доведе до губење на моќност преку дисипација на топлина, па затоа е потребна соодветно голема големина на шината.
Можете да ја промените површината на пресекот на жицата со прилагодување на два фактора: ширината на жицата и дебелината на бакарот. Балансирањето на овие два фактори е клучно за намалување на потрошувачката на енергија и одржување на идеалната големина на печатената плочка.
Користете го калкулаторот за ширина на линијата на PCB за да дознаете кои ширини и дебелини го поддржуваат типот на струја потребна за вашиот уред. Кога ги користите овие алатки, внимавајте да ја дизајнирате големината на жиците за да поддржуваат поголеми струи отколку што мислите дека ви се потребни.

2. Преиспитајте го поставувањето на компонентите
Распоредот на компонентите е уште еден клучен фактор во дизајнот на PCB со висока струја. MOSFET-ите и сличните компоненти генерираат многу топлина, па затоа е важно да се чуваат што е можно поизолирани од други топли или температурно чувствителни точки. Ова не е секогаш лесно кога се работи со намалени форма фактори.
Засилувачите и конверторите треба да се чуваат на соодветно растојание од MOSFET-ите и другите грејни елементи. Иако може да биде примамливо да се одржува зона со висока моќност на работ, ова не овозможува рамномерна распределба на температурата. Наместо тоа, тие се поставуваат во прави линии низ плочата за да се задржи енергијата, што ја прави топлината порамномерна.
Со прво пристапување кон највлијателните области, полесно е да се одредат идеалните компоненти. Прво, одредете ја идеалната локација за компонентите со висока температура. Откако ќе знаете каде да ги поставите, можете да го користите остатокот за да ги пополните празнините.

3. Оптимизирајте го управувањето со дисипација на топлина
Слично на тоа, и PCB со висока струја бараат внимателно термичко управување. За повеќето апликации, ова значи одржување на внатрешната температура под 130 степени Целзиусови за температурата на стаклен премин на FR4 ламинатите. Оптимизирањето на поставувањето на компонентите ќе помогне, но вашите чекори за минимизирање на топлината мора да запрат тука.
Природното конвекциско ладење може да биде доволно за помали PCB-ја за потрошувачка електроника, но може да не биде доволно за апликации со поголема моќност. Може да бидат неопходни механички радијатори. Активното ладење, како што се вентилатори или системи за течно ладење околу MOSFET-ите, исто така помага. Сепак, некои дизајни на уреди може да не се доволно големи за да сместат традиционални радијатори или активно ладење.
За помали, но високо-перформансни PCB плочи, дисипацијата на топлината низ дупките е корисна алтернатива. Високо спроводлив метал со низа дупки ќе ја отстрани топлината од MOSFET-ите или слични компоненти пред таа да стигне до почувствителни области.

4. Користете ги вистинските материјали
Изборот на материјал ќе биде од голема корист при оптимизирање на термичкото управување и осигурување дека компонентите можат да издржат повисоки струи. Ова важи за компонентите и подлогите на ПХБ.
Иако FR4 е најчестата подлога, таа не е секогаш најдобриот избор за дизајни на PCB со висока струја. PCB со метално јадро може да бидат идеални бидејќи тие ја балансираат изолацијата и економичноста на подлогите како што е FR4 со јачината и температурното поместување на високоспроводливите метали. Алтернативно, некои производители произведуваат специјални ламинати отпорни на топлина што би можеле да ги земете предвид.
Повторно, треба да користите само компоненти со високи вредности на термичка отпорност. Понекогаш, ова значи избор на материјали кои се поотпорни на топлина, додека во други случаи значи користење на подебели компоненти од истиот материјал. Која опција е најдобра зависи од големината на вашата печатена плочка, буџетот и достапните добавувачи.

5. Подобрување на процесот на контрола на квалитетот
Сигурноста на високострујните ПХБ е исто така прашање на пронаоѓање грешки во производството. Ако процесот на производство не може да ги пронајде и поправи дефектите што ги неутрализираат неговите предности, тогаш горенаведените четири избори на дизајн нема да донесат многу подобрување. Посигурни проверки на квалитетот за итерациите на прототипот се исто така важни.
Користењето на вистинските алатки за евалуација на квалитетот на ПХБ е едно од најважните размислувања во оваа област. Дигиталните оптички компаратори како шаблони и облоги ги надминуваат традиционалните методи бидејќи се растегнуваат и деформираат со текот на времето, што ја намалува нивната сигурност. Исто така, треба да земете предвид алатки кои лесно се автоматизираат за да се минимизира ризикот од човечка грешка.
Без оглед на специфичните методи и техники што ги користите, следењето на сите дефекти е од клучно значење. Со текот на времето, овие податоци можат да откријат трендови во појавата на проблеми, обезбедувајќи посигурни промени во дизајнот на печатената плочка.

6. Дизајн на производство
Сличен, но често занемарен фактор во дизајнот на печатени плочки со висока струја е обезбедувањето леснотија на производство. Ако грешките во производството се толку чести што уредот ретко ги исполнува спецификациите на хартија, не е важно колку е сигурна печатената плочка во теорија.
Решението е да се избегнуваат премногу сложени или сложени дизајни колку што е можно повеќе. При дизајнирање на PCB плочи со висока струја, имајте го предвид вашиот производствен процес, земајќи предвид како овие работни процеси би можеле да ги произведат и какви проблеми би можеле да се појават. Колку полесно можете да направите производи без грешки, толку посигурни ќе бидат тие.
Овој чекор бара тесна соработка со засегнатите страни во производството. Доколку не се занимавате со производството интерно, вклучете ги вашите партнери за производство во фазата на дизајнирање за да го добиете нивниот придонес во врска со потенцијалните проблеми со производството.

7. Користете ја технологијата во ваша корист
Новите техники за планирање и производство можат да го олеснат балансирањето на овие размислувања. 3D печатењето воведува поголема флексибилност во дизајнот за поддршка на посложени распореди на печатени плочки без грешки во производството. Неговата прецизност, исто така, ви овозможува да се осигурате дека бакарните жици следат крива, а не прав агол, за да се намали нивната должина и да се минимизира потрошувачката на енергија.
Вештачката интелигенција е уште една технологија што вреди да се истражи. Алатките за AI PCB можат автоматски да поставуваат компоненти или да ги истакнуваат потенцијалните проблеми со дизајнот за да спречат појавување на грешки во реалниот свет. Слични решенија можат да симулираат различни тест средини за да се оцени ефикасноста на PCB пред да се произведат физички прототипови.

Дизајнот на PCB со висока струја бара претпазливост
Дизајнирањето на сигурна печатена плочка со висока струја не е лесно, но не е невозможно. Следењето на овие седум чекори ќе ви помогне да го оптимизирате вашиот процес на дизајнирање за да создадете поефикасни уреди со голема моќност.
Како што расте индустрискиот интернет на нештата, овие размислувања ќе станат уште поважни. Нивното прифаќање сега ќе биде клучот за континуиран успех во иднина.