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技術(shù)專題
大功率PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
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(jì)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(jìn)行嚴(yán)格的定義，不如按照正確的大功率PCB設(shè)計(jì)實(shí)踐，可能會(huì)發(fā)生的事情對大功率PCB進(jìn)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器被認(rèn)為是高功率PCB。LED驅(qū)動(dòng)器也是如此，它可以驅(qū)動(dòng)成陣列配置的數(shù)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(xiàng)。
大功率PCB設(shè)計(jì)布局注意事項(xiàng)
散熱管理對于大功率PCB設(shè)計(jì)很重要。
如果以與設(shè)計(jì)低功率PCB相同的方式設(shè)計(jì)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(huì)縮短。無法處理電流量的走線可能會(huì)斷裂，并且存在短路的危險(xiǎn)，可能會(huì)損壞電源。
要?jiǎng)?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(huì)在流過大電流時(shí)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(jì)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(jì)的命運(yùn)。當(dāng)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(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(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。可以理解，PCB走線上的功率損耗會(huì)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(huì)導(dǎo)致發(fā)熱點(diǎn)和銅的物理損壞。
使用PCB走線計(jì)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。基于此，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(jì)中添加安全功能
大功率PCB設(shè)計(jì)中用于短路保護(hù)的保險(xiǎn)絲。
大功率PCB設(shè)計(jì)中的過熱問題確實(shí)存在。負(fù)載短路并從MOSFET或調(diào)節(jié)器吸收過多電流的危險(xiǎn)也是如此。通過在設(shè)計(jì)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(shí)會(huì)派上用場。當(dāng)PCB溫度超過容許極限時(shí)，它會(huì)發(fā)出警報(bào)。為了進(jìn)行短路保護(hù)，請?jiān)诖箅娏鬏敵鎏幏胖帽ｋU(xiǎn)絲，以確保當(dāng)電流超過安全閾值時(shí)立即斷開連接。
在進(jìn)行大功率PCB設(shè)計(jì)時(shí)，您將需要優(yōu)質(zhì)的PCB設(shè)計(jì)軟件。如果您使用的是OrCAD，那么您會(huì)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)。