Дизајнирање било које штампане плоче је изазовно, посебно како уређаји постају све мањи и мањи. Дизајн штампаних плоча за јаку струју је још сложенији јер има све исте препреке и захтева додатни скуп јединствених фактора које треба узети у обзир.
Стручњаци предвиђају да ће потражња за уређајима велике снаге вероватно порасти и достићи двоцифрене годишње стопе раста за индустријски интернет ствари до 2030. године. Ево седам корака за оптимизацију дизајна штампаних плоча у електроници велике струје за овај тренд.

1. Обезбедите довољну величину кабла
Величина линије је једно од најважнијих разматрања приликом пројектовања штампаних плоча велике струје. Бакарне жице су обично минијатуризоване за компактније дизајне, али то не функционише при већим струјама. Мали попречни пресек може довести до губитка снаге због расипање топлоте, па је потребна одговарајуће велика величина линије.
Можете променити површину попречног пресека жице подешавањем два фактора: ширине жице и дебљине бакра. Балансирање ова два је кључ за смањење потрошње енергије и одржавање идеалне величине штампане плоче.
Користите калкулатор ширине линије штампане плоче да бисте сазнали које ширине и дебљине подржавају врсту струје потребну за ваш уређај. Када користите ове алате, водите рачуна да дизајнирате величину ожичења тако да подржи веће струје него што мислите да су вам потребне.

2. Преиспитајте распоред компоненти
Распоред компоненти је још једно кључно разматрање у дизајну штампаних плоча за јаку струју. MOSFET-ови и сличне компоненте генеришу много топлоте, па је важно да се што више изолују од других врућих или температурно осетљивих места. То није увек лако када се ради са смањеним факторима форме.
Појачала и конверторе треба држати на одговарајућој удаљености од MOSFET-ова и других грејних елемената. Иако може бити примамљиво одржавати зону велике снаге на ивици, то не омогућава равномерну расподелу температуре. Уместо тога, постављају се у правим линијама преко плоче како би задржали енергију, што чини топлоту равномернијом.
Приступањем прво најутјецајнијим подручјима, лакше је одредити идеалне компоненте. Прво, одредите идеалну локацију за компоненте високе температуре. Када знате где да их поставите, можете користити остатак да попуните празнине.

3. Оптимизујте управљање одвођењем топлоте
Слично томе, штампане плоче високе струје такође захтевају пажљиво управљање температуром. За већину примена, то значи одржавање унутрашње температуре испод 130 степени Целзијуса за температуру преласка у стакласто стање FR4 ламината. Оптимизација положаја компоненти ће помоћи, али ваши кораци за минимизацију топлоте морају се ту зауставити.
Природно конвекцијско хлађење може бити довољно за мање плоче електронике широке потрошње, али можда неће бити довољно за примене са већом снагом. Могу бити неопходни механички радијатори. Активно хлађење, као што су вентилатори или системи за течно хлађење око MOSFET-ова, такође помаже. Међутим, неки дизајни уређаја можда нису довољно велики да приме традиционалне радијаторе или активно хлађење.
За мање, али високоперформансне штампане плоче (PCB), одвођење топлоте кроз рупе је корисна алтернатива. Високо проводљиви метал са низом изливених рупа ће одвести топлоту са MOSFET-ова или сличних компоненти пре него што доспе до осетљивијих подручја.

4. Користите праве материјале
Избор материјала ће бити од велике користи приликом оптимизације управљања температуром и осигуравања да компоненте могу да издрже веће струје. Ово се односи на компоненте и подлоге штампаних плоча.
Иако је FR4 најчешћа подлога, није увек најбољи избор за дизајн штампаних плоча са високом струјом. Штампане плоче са металним језгром могу бити идеалне јер уравнотежују изолацију и исплативост подлога као што је FR4 са чврстоћом и температурним померањем високо проводљивих метала. Алтернативно, неки произвођачи праве посебне ламинанте отпорне на топлоту које бисте могли размотрити.
Поново, требало би да користите само компоненте са високим вредностима отпорности на топлоту. Понекад то значи избор материјала који су отпорнији на топлоту, док у другим случајевима то значи коришћење дебљих компоненти од истог материјала. Која је опција најбоља зависи од величине ваше штампане плоче, буџета и доступних добављача.

5. Побољшајте процес контроле квалитета
Поузданост високострујних штампаних плоча је такође питање проналажења грешака у производњи. Ако производни процес не може да пронађе и отклони недостатке који поништавају његове предности, онда горе наведена четири избора дизајна неће донети много побољшања. Такође су важне поузданије провере квалитета за итерације прототипа.
Коришћење правих алата за процену квалитета штампане плоче једно је од најважнијих разматрања у овој области. Дигитални оптички компаратори као шаблони и премази надмашују традиционалне методе јер се временом растежу и деформишу, што смањује њихову поузданост. Такође би требало да размотрите алате које је лако аутоматизовати како бисте смањили ризик од људске грешке.
Без обзира на специфичне методе и технике које користите, праћење свих дефеката је кључно. Временом, ови подаци могу открити трендове у појави проблема, пружајући поузданије промене у дизајну штампаних плоча.

6. Дизајн производљивости
Сличан, али често занемарен фактор код дизајна штампаних плоча за јаку струју је обезбеђивање лакоће производње. Ако су грешке у производњи толико честе да уређај ретко испуњава спецификације на папиру, није битно колико је штампана плоча поуздана у теорији.
Решење је да се што је више могуће избегавају превише сложени или замршени дизајни. Приликом пројектовања штампаних плоча високе струје, имајте на уму свој производни процес, узимајући у обзир како би ови токови рада могли да их произведу и који проблеми могу настати. Што једноставније можете да направите производе без грешака, то ће они бити поузданији.
Овај корак захтева блиску сарадњу са заинтересованим странама у производњи. Ако не обављате производњу интерно, укључите своје производне партнере у фазу пројектовања како бисте добили њихов допринос о потенцијалним проблемима са производношћу.

7. Користите технологију у своју корист
Нове технике планирања и производње могу олакшати балансирање ових фактора. 3Д штампање уводи већу флексибилност дизајна како би се подржали сложенији распореди штампаних плоча без грешака у производњи. Његова прецизност вам такође омогућава да осигурате да бакарне жице прате кривину, а не прави угао, како би се смањила њихова дужина и минимизирала потрошња енергије.
Вештачка интелигенција је још једна технологија вредна истраживања. Алати за вештачку интелигенцију на штампаним плочама могу аутоматски постављати компоненте или истицати потенцијалне проблеме у дизајну како би спречили појаву грешака у стварном свету. Слична решења могу симулирати различита тестна окружења како би се проценили перформансе штампаних плоча пре производње физичких прототипова.

Дизајн штампаних плоча високе струје захтева опрез
Пројектовање поуздане штампане плоче за јаку струју није лако, али није ни немогуће. Праћење ових седам корака ће вам помоћи да оптимизујете процес пројектовања како бисте креирали ефикасније уређаје велике снаге.
Како се Индустријски интернет ствари буде развијао, ова разматрања ће постајати још важнија. Њихово усвајање сада биће кључ за континуирани успех у будућности.