大功率PCB設(shè)計注意事項

對于什么才是高功率PCB并沒有嚴(yán)格的定義。功率可由P = IV定義，高功率設(shè)計可能意味著電路由高電壓或高電流元素組成。問題是，要想將PCB視為“高功率”，電流和電壓的閾值必須是多少？
與其對參數(shù)進行嚴(yán)格的定義，不如按照正確的大功率PCB設(shè)計實踐，可能會發(fā)生的事情對大功率PCB進行分類更容易：發(fā)熱和電擊。
在電子產(chǎn)品中，大功率PCB通常傳導(dǎo)的電流超過幾安培。
可以在電路內(nèi)引導(dǎo)30A電流的電動機驅(qū)動器被認為是高功率PCB。LED驅(qū)動器也是如此，它可以驅(qū)動成陣列配置的數(shù)百個LED。
讓我們討論使用大功率PCB時要考慮的一些事項。
大功率PCB設(shè)計布局注意事項

散熱管理對于大功率PCB設(shè)計很重要。
如果以與設(shè)計低功率PCB相同的方式設(shè)計高功率PCB，則將面臨一些麻煩。面對溫度升高，大多數(shù)組件的壽命往往會縮短。無法處理電流量的走線可能會斷裂，并且存在短路的危險，可能會損壞電源。
要創(chuàng)建安全，有效的大功率PCB，您必須考慮以下因素。
元件放置
通常，大功率PCB由產(chǎn)生過多熱量的組件組成。功率MOSFET，調(diào)節(jié)器和相關(guān)的無源組件會在流過大電流時產(chǎn)生大量熱量。
隨著電路板尺寸的減小，組件的放置方式和位置變得越來越重要。在現(xiàn)代設(shè)計中，您放置組件的位置決定了散熱的效率。優(yōu)良作法是將發(fā)熱組件成組放置，并靠近板的邊緣。避免將功率MOSFET等組件靠近對溫度敏感的組件（如放大器和轉(zhuǎn)換器）放置。
熱管理
熱管理技術(shù)或缺乏熱管理技術(shù)可以決定大功率PCB設(shè)計的命運。當(dāng)您處理MOSFET等高電流組件時，最好使用散熱器。
但是，PCB尺寸的減小可能會限制散熱器的空間。在這種情況下，您將需要利用諸如在MOSFET的散熱墊周圍澆注固態(tài)銅并創(chuàng)建一系列散熱孔以散發(fā)熱量的技術(shù)。
您可能還需要考慮主動散熱技術(shù)，例如為大功率組件安裝冷卻風(fēng)扇或液體冷卻系統(tǒng)。
跡線尺寸
跡線尺寸對于那些承載大電流的器件而言至關(guān)重要?？梢岳斫?，PCB走線上的功率損耗會轉(zhuǎn)化為熱量；您可能希望通過使用較粗的跡線來避免這種情況。此外，如果走線無法處理額定電流，可能會導(dǎo)致發(fā)熱點和銅的物理損壞。
使用PCB走線計算器或參考IPC-2221中的圖表來確定額定電流的最小走線厚度?；诖?，您可以增加走線寬度，也可以使用更粗的銅來增加走線厚度。另外，最好使大電流走線盡可能短，以最大程度地減小電阻。
在大功率PCB設(shè)計中添加安全功能
大功率PCB設(shè)計中用于短路保護的保險絲。
大功率PCB設(shè)計中的過熱問題確實存在。負載短路并從MOSFET或調(diào)節(jié)器吸收過多電流的危險也是如此。通過在設(shè)計中添加適當(dāng)?shù)陌踩δ軄頇z測這些類型的事件。
將溫度傳感器放置在發(fā)熱部件之間時會派上用場。當(dāng)PCB溫度超過容許極限時，它會發(fā)出警報。為了進行短路保護，請在大電流輸出處放置保險絲，以確保當(dāng)電流超過安全閾值時立即斷開連接。
在進行大功率PCB設(shè)計時，您將需要優(yōu)質(zhì)的PCB設(shè)計軟件。如果您使用的是OrCAD，那么您會發(fā)現(xiàn)，使用現(xiàn)有工具可以很容易地應(yīng)用上述技術(shù)。
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