大功率PCB设计注意事项

time : 2021-05-19 09:49       作者:凡亿pcb


对于什么才是高功率PCB并没有严格的定义。功率可由P = IV定义,高功率设计可能意味着电路由高电压或高电流元素组成。问题是,要想将PCB视为高功率,电流和电压的阈值必须是多少?

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,可能会发生的事情对大功率PCB进行分类更容易:发热和电击。

在电子产品中,大功率PCB通常传导的电流超过几安培。 

可以在电路内引导30A电流的电动机驱动器被认为是高功率PCBLED驱动器也是如此,它可以驱动成阵列配置的数百个LED

让我们讨论使用大功率PCB时要考虑的一些事项。

大功率PCB设计布局注意事项

散热管理对于大功率PCB设计很重要。

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,大多数组件的寿命往往会缩短。无法处理电流量的走线可能会断裂,并且存在短路的危险,可能会损坏电源。 

要创建安全,有效的大功率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电流时产生大量热量。

随着电路板尺寸的减小,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

热管理技术或缺乏热管理技术可以决定大功率PCB设计的命运。当您处理MOSFET等高电流组件时,最好使用散热器。

但是,PCB尺寸的减小可能会限制散热器的空间。在这种情况下,您将需要利用诸如在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。 

您可能还需要考虑主动散热技术,例如为大功率组件安装冷却风扇或液体冷却系统。 

迹线尺寸

迹线尺寸对于那些承载大电流的器件而言至关重要。可以理解,PCB走线上的功率损耗会转化为热量;您可能希望通过使用较粗的迹线来避免这种情况。此外,如果走线无法处理额定电流,可能会导致发热点和铜的物理损坏。 

使用PCB走线计算器或参考IPC-2221中的图表来确定额定电流的最小走线厚度。基于此,您可以增加走线宽度,也可以使用更粗的铜来增加走线厚度。另外,最好使大电流走线尽可能短,以最大程度地减小电阻。 

在大功率PCB设计中添加安全功能

大功率PCB设计中用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或调节器吸收过多电流的危险也是如此。通过在设计中添加适当的安全功能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场。当PCB温度超过容许极限时,它会发出警报。为了进行短路保护,请在大电流输出处放置保险丝,以确保当电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。如果您使用的是OrCAD,那么您会发现,使用现有工具可以很容易地应用上述技术。