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行業(yè)資訊
電力電子PCB設計中的組件和電路選擇
您可以根據(jù)需要為電路板設計不同的電力電子設備。在將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的情況下，您很可能會使用線性或開關電源形式的穩(wěn)壓電源。對于功耗低的應用，可以將這些電源作為集成電路組件（IC）設計到PCB中，使其非常適合直接插入墻上插座的小型設備。
要將直流電轉(zhuǎn)換為直流電（例如，將電壓逐步升高或降低），可以在電路板上設計不同的電源轉(zhuǎn)換電路。例如，升壓轉(zhuǎn)換電路將使輸出電壓升高，而降壓轉(zhuǎn)換器將其降低。DC-DC轉(zhuǎn)換電路還有其他變體，例如降壓-升壓轉(zhuǎn)換器，其中電壓可以根據(jù)其控制方式升壓或降壓。
無論您要在原理圖中設計哪種電源，都將混合使用有源和無源組件。您將需要使用專為更高電壓而設計的部件，這些部件具有指定用于承受更高電阻和溫度的介電材料和涂層。您還必須確保您使用的零件的設計不超過制造商指定的運行值，以確保零件不會過早失效。為確保您在原理圖中創(chuàng)建的電源設計能夠在最終PCB上正常工作，應在進行PCB布局之前對設計進行仿真。
電力電子熱管理
電源電子設備可能會變熱，具體取決于它們轉(zhuǎn)換的功率量，并且必須在電路板上管理熱量。對于那些功率非常高的電源，您可能需要研究替代的板材，例如陶瓷或某些PTFE（聚四氟乙烯或“特氟隆”）層壓板。請注意，盡管其中某些材料具有非標準的制造工藝，這會增加您的制造成本。
在設計中管理熱量的另一種方法是如何用電源和接地層配置PCB疊層。盡管接地層對于電源完整性的管理很重要，但它們也有助于管理表面層的熱量。來自組件導熱墊和金屬導體的熱量將通過通孔向下傳導，并進入可以散熱的平面。在您的布局中，重要的是使用銅重量更大的走線來承載大電流，這也將有助于散熱。
元件放置在熱管理中也起著重要作用。盡管單個電源的各個部分應放置在一起，但應盡可能擴展板上的不同電源電路。這樣可以避免產(chǎn)生熱點，并確保整個板上的溫度更加均勻。對于非常高溫的應用，您還應該考慮采用被動冷卻方法（例如散熱器）或主動冷卻設備（例如風扇）。
印刷電路板上的電源轉(zhuǎn)換器布局
電源完整性的PCB布局技巧
在實際布局電源時，需要重點關注以下幾個重要類別：
組件：為使電源布線盡可能短，請盡可能緊湊地放置組件。首先從電源的主要組件開始，例如轉(zhuǎn)換器IC。從那里開始，放置其余功率部分，從輸入電容器和電感器開始，然后是輸出電容器。您需要使這些零件盡可能地靠近以減少EMI，并且您希望這些零件在電路板的同一側(cè)以避免由于使用過孔而引起的阻抗。
跟蹤：您的跟蹤路由也應盡可能緊密。為了保持低電感，請使走線短并使其寬。嘗試以45度角甚至圓角布線。另外，將與電源無關的其他信號走線保持在該區(qū)域之外，以避免電源組件對它們的噪聲污染。
接地：電源的很好接地是使用堅固的平面而不是走線。如前所述，這不僅有助于電源完整性，還有助于熱管理。您還應該將電源的接地層與板其余部分的公共接地層隔離開。它們可以在一個點上綁在一起，但是如果兩個接地都使用同一平面，則要避免返回的信號路徑穿過嘈雜的接地回路區(qū)域。
為了幫助您在印刷電路板上設計電力電子設備，您需要與挑戰(zhàn)相同的設計工具。您將需要仿真和分析工具來驗證您的電源設計將滿足電路板的需求。您還希望充分利用您的設計規(guī)則和約束功能，以識別和分組電源組件和網(wǎng)絡。這將允許您在布局中分配正確的間距和走線寬度。