大功率PCB设计注意事项

2021-03-31

对于什么才是高功率PCB并没有(yǒu)严格的定义。功率可(kě)由P = IV定义，高功率设计可(kě)能(néng)意味着電(diàn)路由高電(diàn)压或高電(diàn)流元素组成。问题是，要想将PCB视為(wèi)“高功率”，電(diàn)流和電(diàn)压的阈值必须是多(duō)少？

与其对参数进行严格的定义，不如按照正确的大功率PCB设计实践，可(kě)能(néng)会发生的事情对大功率PCB进行分(fēn)类更容易：发热和電(diàn)击。

在電(diàn)子产品中，大功率PCB通常传导的電(diàn)流超过几安培。 

可(kě)以在電(diàn)路内引导30A電(diàn)流的電(diàn)动机驱动器被认為(wèi)是高功率PCB。LED驱动器也是如此，它可(kě)以驱动成阵列配置的数百个LED。

让我们讨论使用(yòng)大功率PCB时要考虑的一些事项。

大功率PCB设计布局注意事项

散热管理(lǐ)对于大功率PCB设计很(hěn)重要。

如果以与设计低功率PCB相同的方式设计高功率PCB，则将面临一些麻烦。面对温度升高，大多(duō)数组件的寿命往往会缩短。无法处理(lǐ)電(diàn)流量的走線(xiàn)可(kě)能(néng)会断裂，并且存在短路的危险，可(kě)能(néng)会损坏電(diàn)源。 

要创建安全，有(yǒu)效的大功率PCB，您必须考虑以下因素。 

元件放置

通常，大功率PCB由产生过多(duō)热量的组件组成。功率MOSFET，调节器和相关的无源组件会在流过大電(diàn)流时产生大量热量。

随着電(diàn)路板尺寸的减小(xiǎo)，组件的放置方式和位置变得越来越重要。在现代设计中，您放置组件的位置决定了散热的效率。优良作法是将发热组件成组放置，并靠近板的边缘。避免将功率MOSFET等组件靠近对温度敏感的组件（如放大器和转换器）放置。

热管理(lǐ)

热管理(lǐ)技术或缺乏热管理(lǐ)技术可(kě)以决定大功率PCB设计的命运。当您处理(lǐ)MOSFET等高電(diàn)流组件时，最好使用(yòng)散热器。

但是，PCB尺寸的减小(xiǎo)可(kě)能(néng)会限制散热器的空间。在这种情况下，您将需要利用(yòng)诸如在MOSFET的散热垫周围浇注固态铜并创建一系列散热孔以散发热量的技术。 

您可(kě)能(néng)还需要考虑主动散热技术，例如為(wèi)大功率组件安装冷却风扇或液體(tǐ)冷却系统。 

迹線(xiàn)尺寸

迹線(xiàn)尺寸对于那些承载大電(diàn)流的器件而言至关重要。可(kě)以理(lǐ)解，PCB走線(xiàn)上的功率损耗会转化為(wèi)热量；您可(kě)能(néng)希望通过使用(yòng)较粗的迹線(xiàn)来避免这种情况。此外，如果走線(xiàn)无法处理(lǐ)额定電(diàn)流，可(kě)能(néng)会导致发热点和铜的物(wù)理(lǐ)损坏。 

使用(yòng)PCB走線(xiàn)计算器或参考IPC-2221中的图表来确定额定電(diàn)流的最小(xiǎo)走線(xiàn)厚度。基于此，您可(kě)以增加走線(xiàn)宽度，也可(kě)以使用(yòng)更粗的铜来增加走線(xiàn)厚度。另外，最好使大電(diàn)流走線(xiàn)尽可(kě)能(néng)短，以最大程度地减小(xiǎo)電(diàn)阻。 

在大功率PCB设计中添加安全功能(néng)

大功率PCB设计中用(yòng)于短路保护的保险丝。

大功率PCB设计中的过热问题确实存在。负载短路并从MOSFET或调节器吸收过多(duō)電(diàn)流的危险也是如此。通过在设计中添加适当的安全功能(néng)来检测这些类型的事件。 

将温度传感器放置在发热部件之间时会派上用(yòng)场。当PCB温度超过容许极限时，它会发出警报。為(wèi)了进行短路保护，请在大電(diàn)流输出处放置保险丝，以确保当電(diàn)流超过安全阈值时立即断开连接。 

在进行大功率PCB设计时，您将需要优质的PCB设计软件。如果您使用(yòng)的是OrCAD，那么您会发现，使用(yòng)现有(yǒu)工具可(kě)以很(hěn)容易地应用(yòng)上述技术。