电力电子的顶级PCB设计准则

设计极限电路可能是一项复杂而艰巨的任务。回到大学时，我在合作社设计了直接火花点火电路，该电路将120 VAC的电压提高到数千伏。我愚蠢地将这种设计原型制作在原型板上绝缘当我插上电源时……好，那里有一些烟火。大功率PCB可能不容易爆炸，但是设计它们本身就面临着独特的挑战。这些类型的电路板通常在工业应用中使用，它们驱动诸如电动机或LED阵列之类的大电流组件。您需要注意的主要事情是所有电流产生的热量。您要做的第一件事是确保铜的重量正确，并且走线可以传导电流而不会造成很大的影响。电力流失。接下来，您需要为传导或辐射消除电源路径中产生的所有热量。最后，还有一些保险丝和传感器的提示和技巧，可以帮助您在一切转瞬即逝的情况下拯救您。

铜设计

当构建注定的火花点火电路时，我忽略了原型板上铜的布局，从而导致整个板上的输入电源电弧放电。注意您的铜线，不要犯同样的错误。

首先，您需要在板上指定铜的厚度。对于大功率电路，您将需要至少2盎司的厚度，与更薄的层相比，它将传导更多的热量和电流。通常，您可以信任合同制造商（CM）处理此问题，但是某些过程可能会使某些区域的铜变薄，并使您的价格跌破2盎司的门槛。请务必确认您的CM具有能力 达到所需的厚度。

您要仔细注意的第二个元素是您的痕迹。对于高功率路径，您需要使走线短而粗。较长的走线更具电阻性，并且会产生更高的热量，这可能导致明显的功率损耗。您的走线厚度应基于IPC-2221。由于该标准在技术上适用于较长的走线，因此一些设计师喜欢推开信封并使其低于建议的宽度。那里的固有风险通常不值得回报，因为非常细的走线实际上会充当保险丝，如果传导的电流过多，则会烧毁。

散热考虑

现在，我们已经回顾了基础知识，是时候深入探究并讨论一般的散热注意事项了。热平面和热（缝）通孔是在PCB中散热和散热的好方法。裸露的焊盘组件可以帮助您解决特定元素，并消除散热 在飞机上可以确保所有电流和热量均按计划进行。

铜平面是高功率PCB设计中散热的重要部分。专用散热器是最好的，但是在空间不足的板上，铜板是次之。电路板上可能有电源和接地层，甚至有信号层。这些平面将帮助散热，但并不总是连接到高功率组件或放置在最大的散热位置。对于大功率PCB，您可能还希望包括一个“散热”平面，以有效地散热。最好在电路板的外层放置一个热平面，以将热量散发到环境中。导热平面应通过用作热管的针形过孔连接到较热的内层。较大的针脚过孔会传导更多的热量，但在回流过程中也会吸走焊料，导致制造缺陷。当将它们放置在护垫内时，这尤其值得关注。在这种情况下，请使用多个较小的通孔代替一个较大的通孔。这样，它们仍然可以很好地导热，但制造风险较小。

您很可能会 导通孔 内 导热垫用于裸露焊盘（EP）组件。许多大功率元件与开关晶体管一样，它们的裸露焊盘也可以直接焊接到铜平面或导热垫上。这样一来，他们可以更快地冷却下来，并在更高水平上运行。如果要设计大功率板，则可能需要寻找能将热量传导到散热方案中而不是成为散热热点的EP组件。您的电路板上可能还有其他独特的组件，需要直接焊接到铜板上。在这些情况下，环经常将热量很好地传导到平面上，以至于焊料回流，因此添加了散热装置以减少传导。当在操作期间传导热量和电流时，这显然是一个问题。如果您的高功率板是原型或小体积，请考虑卸下散热片，然后用高功率烙铁手工焊接这些组件。那样，您可以确保焊料正确润湿，并且在操作过程中仍具有良好的热量和载流能力。如果您承受不起散热的损失，请确保选择的方法仍然可以传导足够的热量和电流。

故障安全和监控器

我们都知道，即使是经验丰富的工程师制定的最佳计划有时也会出错。这就是为什么您应该考虑在设计中包括一些故障保护措施以帮助您缓解最坏情况的原因。最简单的两种添加是保险丝和板载温度传感器。

正常电路中的短路可能具有毁灭性，但并不总是危险的。如果电源无法提供大量电流，则电路板可能会炸，但可能不会着火或爆炸。大功率PCB通常在相对较高的12 V或24 V电压下提供数十安培的电流。在这种情况下，短路可能会产生大量电流，并可能引起起火。避免这种情况的一种好方法是融合电路板的输入和输出。这样，如果确实发生短路，保险丝将在将太多电流拉入或拉出电路之前烧断。

将板载温度传感器添加到PCB上也是谨慎的做法。这样，您的软件就可以监控实际温度关键要素或热点，然后进行相应调整。对于简单或低电平电路而言，这可能不是一个不错的选择，但对于更复杂的控制电路，这可能是检查电路板脉冲的宝贵方法。

正常的PCB故障可能意味着间歇性操作或功能降低。在高压或大功率板上，火花可能会飞散。这就是为什么必须谨慎设计电路板的原因。确保您的铜和走线足够厚，可以有效地传导大量的热量和电流。您还需要检查一下散热设计，并仔细检查铜平面以及它们如何通过通孔连接到热点。组件也有所不同，尤其是当它们具有裸露的焊盘或需要散热以进行回流焊时。最后但并非最不重要的一点是，最好包括故障安全保险丝以减轻短路，并且您可能希望包括温度传感器来监视重要的组件或热点。好的制造商将帮助您将铜保持在公差范围内，甚至可能对经济设计的散热设计提出一些建议。在这里节拍自动化，我们希望通过以下方式使客户成功 提供我们的专业知识 当适用。