電力電子的頂級PCB設計準則

設計極限電路可能是一項復雜而艱巨的任務?；氐酱髮W時，我在合作社設計了直接火花點火電路，該電路將120 VAC的電壓提高到數千伏。我愚蠢地將這種設計原型制作在原型板上絕緣當我插上電源時……好，那里有一些煙火。大功率PCB可能不容易爆炸，但是設計它們本身就面臨著獨特的挑戰(zhàn)。這些類型的電路板通常在工業(yè)應用中使用，它們驅動諸如電動機或LED陣列之類的大電流組件。您需要注意的主要事情是所有電流產生的熱量。您要做的第一件事是確保銅的重量正確，并且走線可以傳導電流而不會造成很大的影響。電力流失。接下來，您需要為傳導或輻射消除電源路徑中產生的所有熱量。最后，還有一些保險絲和傳感器的提示和技巧，可以幫助您在一切轉瞬即逝的情況下拯救您。

銅設計

當構建注定的火花點火電路時，我忽略了原型板上銅的布局，從而導致整個板上的輸入電源電弧放電。注意您的銅線，不要犯同樣的錯誤。

首先，您需要在板上指定銅的厚度。對于大功率電路，您將需要至少2盎司的厚度，與更薄的層相比，它將傳導更多的熱量和電流。通常，您可以信任合同制造商（CM）處理此問題，但是某些過程可能會使某些區(qū)域的銅變薄，并使您的價格跌破2盎司的門檻。請務必確認您的CM具有能力 達到所需的厚度。

您要仔細注意的第二個元素是您的痕跡。對于高功率路徑，您需要使走線短而粗。較長的走線更具電阻性，并且會產生更高的熱量，這可能導致明顯的功率損耗。您的走線厚度應基于IPC-2221。由于該標準在技術上適用于較長的走線，因此一些設計師喜歡推開信封并使其低于建議的寬度。那里的固有風險通常不值得回報，因為非常細的走線實際上會充當保險絲，如果傳導的電流過多，則會燒毀。

散熱考慮

現在，我們已經回顧了基礎知識，是時候深入探究并討論一般的散熱注意事項了。熱平面和熱（縫）通孔是在PCB中散熱和散熱的好方法。裸露的焊盤組件可以幫助您解決特定元素，并消除散熱 在飛機上可以確保所有電流和熱量均按計劃進行。

銅平面是高功率PCB設計中散熱的重要部分。專用散熱器是最好的，但是在空間不足的板上，銅板是次之。電路板上可能有電源和接地層，甚至有信號層。這些平面將幫助散熱，但并不總是連接到高功率組件或放置在最大的散熱位置。對于大功率PCB，您可能還希望包括一個“散熱”平面，以有效地散熱。最好在電路板的外層放置一個熱平面，以將熱量散發(fā)到環(huán)境中。導熱平面應通過用作熱管的針形過孔連接到較熱的內層。較大的針腳過孔會傳導更多的熱量，但在回流過程中也會吸走焊料，導致制造缺陷。當將它們放置在護墊內時，這尤其值得關注。在這種情況下，請使用多個較小的通孔代替一個較大的通孔。這樣，它們仍然可以很好地導熱，但制造風險較小。

您很可能會 導通孔 內 導熱墊用于裸露焊盤（EP）組件。許多大功率元件與開關晶體管一樣，它們的裸露焊盤也可以直接焊接到銅平面或導熱墊上。這樣一來，他們可以更快地冷卻下來，并在更高水平上運行。如果要設計大功率板，則可能需要尋找能將熱量傳導到散熱方案中而不是成為散熱熱點的EP組件。您的電路板上可能還有其他獨特的組件，需要直接焊接到銅板上。在這些情況下，環(huán)經常將熱量很好地傳導到平面上，以至于焊料回流，因此添加了散熱裝置以減少傳導。當在操作期間傳導熱量和電流時，這顯然是一個問題。如果您的高功率板是原型或小體積，請考慮卸下散熱片，然后用高功率烙鐵手工焊接這些組件。那樣，您可以確保焊料正確潤濕，并且在操作過程中仍具有良好的熱量和載流能力。如果您承受不起散熱的損失，請確保選擇的方法仍然可以傳導足夠的熱量和電流。

故障安全和監(jiān)控器

我們都知道，即使是經驗豐富的工程師制定的最佳計劃有時也會出錯。這就是為什么您應該考慮在設計中包括一些故障保護措施以幫助您緩解最壞情況的原因。最簡單的兩種添加是保險絲和板載溫度傳感器。

正常電路中的短路可能具有毀滅性，但并不總是危險的。如果電源無法提供大量電流，則電路板可能會炸，但可能不會著火或爆炸。大功率PCB通常在相對較高的12 V或24 V電壓下提供數十安培的電流。在這種情況下，短路可能會產生大量電流，并可能引起起火。避免這種情況的一種好方法是融合電路板的輸入和輸出。這樣，如果確實發(fā)生短路，保險絲將在將太多電流拉入或拉出電路之前燒斷。

將板載溫度傳感器添加到PCB上也是謹慎的做法。這樣，您的軟件就可以監(jiān)控實際溫度關鍵要素或熱點，然后進行相應調整。對于簡單或低電平電路而言，這可能不是一個不錯的選擇，但對于更復雜的控制電路，這可能是檢查電路板脈沖的寶貴方法。

正常的PCB故障可能意味著間歇性操作或功能降低。在高壓或大功率板上，火花可能會飛散。這就是為什么必須謹慎設計電路板的原因。確保您的銅和走線足夠厚，可以有效地傳導大量的熱量和電流。您還需要檢查一下散熱設計，并仔細檢查銅平面以及它們如何通過通孔連接到熱點。組件也有所不同，尤其是當它們具有裸露的焊盤或需要散熱以進行回流焊時。最后但并非最不重要的一點是，最好包括故障安全保險絲以減輕短路，并且您可能希望包括溫度傳感器來監(jiān)視重要的組件或熱點。好的制造商將幫助您將銅保持在公差范圍內，甚至可能對經濟設計的散熱設計提出一些建議。在這里節(jié)拍自動化，我們希望通過以下方式使客戶成功 提供我們的專業(yè)知識 當適用。