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技術(shù)專(zhuān)題
大功率PCB設計注意事項
對于什么才是高功率PCB并沒(méi)有嚴格的定義。功率可由P = IV定義，高功率設計可能意味著(zhù)電路由高電壓或高電流元素組成。問(wèn)題是，要想將PCB視為“高功率”，電流和電壓的閾值必須是多少？
與其對參數進(jìn)行嚴格的定義，不如按照正確的大功率PCB設計實(shí)踐，可能會(huì )發(fā)生的事情對大功率PCB進(jìn)行分類(lèi)更容易：發(fā)熱和電擊。
在電子產(chǎn)品中，大功率PCB通常傳導的電流超過(guò)幾安培。
可以在電路內引導30A電流的電動(dòng)機驅動(dòng)器被認為是高功率PCB。LED驅動(dòng)器也是如此，它可以驅動(dòng)成陣列配置的數百個(gè)LED。
讓我們討論使用大功率PCB時(shí)要考慮的一些事項。
大功率PCB設計布局注意事項
散熱管理對于大功率PCB設計很重要。
如果以與設計低功率PCB相同的方式設計高功率PCB，則將面臨一些麻煩。面對溫度升高，大多數組件的壽命往往會(huì )縮短。無(wú)法處理電流量的走線(xiàn)可能會(huì )斷裂，并且存在短路的危險，可能會(huì )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(guò)多熱量的組件組成。功率MOSFET，調節器和相關(guān)的無(wú)源組件會(huì )在流過(guò)大電流時(shí)產(chǎn)生大量熱量。
隨著(zhù)電路板尺寸的減小，組件的放置方式和位置變得越來(lái)越重要。在現代設計中，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設計的命運。當您處理MOSFET等高電流組件時(shí)，最好使用散熱器。
但是，PCB尺寸的減小可能會(huì )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?chē)鷿沧⒐虘B(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(dòng)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。
跡線(xiàn)尺寸
跡線(xiàn)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(xiàn)上的功率損耗會(huì )轉化為熱量；您可能希望通過(guò)使用較粗的跡線(xiàn)來(lái)避免這種情況。此外，如果走線(xiàn)無(wú)法處理額定電流，可能會(huì )導致發(fā)熱點(diǎn)和銅的物理?yè)p壞。
使用PCB走線(xiàn)計算器或參考IPC-2221中的圖表來(lái)確定額定電流的最小走線(xiàn)厚度?；诖?，您可以增加走線(xiàn)寬度，也可以使用更粗的銅來(lái)增加走線(xiàn)厚度。另外，最好使大電流走線(xiàn)盡可能短，以最大程度地減小電阻。
在大功率PCB設計中添加安全功能
大功率PCB設計中用于短路保護的保險絲。
大功率PCB設計中的過(guò)熱問(wèn)題確實(shí)存在。負載短路并從MOSFET或調節器吸收過(guò)多電流的危險也是如此。通過(guò)在設計中添加適當的安全功能來(lái)檢測這些類(lèi)型的事件。
將溫度傳感器放置在發(fā)熱部件之間時(shí)會(huì )派上用場(chǎng)。當PCB溫度超過(guò)容許極限時(shí)，它會(huì )發(fā)出警報。為了進(jìn)行短路保護，請在大電流輸出處放置保險絲，以確保當電流超過(guò)安全閾值時(shí)立即斷開(kāi)連接。
在進(jìn)行大功率PCB設計時(shí)，您將需要優(yōu)質(zhì)的PCB設計軟件。如果您使用的是OrCAD，那么您會(huì )發(fā)現，使用現有工具可以很容易地應用上述技術(shù)。