高均流電路板設計簡介

在高電流或高電壓下運行的系統面臨著一系列在較小的數字系統中看不到的獨特挑戰。 操作員可能會暴露在不安全的環境中，并且設計可能會因熱量或靜電放電而失敗。 然而，正確的 PCB 設計決策有助于降低與電力電子設備交互所涉及的風險。 在本指南中，我們將介紹大電流電路板設計中需要考慮的一些基本設計要點。 在某些情況下，大電流電路板設計中涉及的布局和安全考慮因素與高電壓設計中涉及的布局和安全考慮因素類似，特別是當我們考慮安全時。

大電流電路板布局基礎知識

有一些高電流 PCB 設計的好例子，但不一定在高電壓下工作。 另外，“高電壓”和“高電流”的概念有些隨意。 區分這些類型設計的更好指標可能是安全性。 如果直流電流存在觸電或過熱的風險，您可能需要應用其中一些設計原則以確保安全性和可靠性。

元件選擇

高電流設計和電源系統的大部分可靠性通常來自于組件。 雖然聽起來很明顯，但在選擇時一定要考慮組件的安全裕度。 一般來說，建議看兩個規格：

額定電流，特別是MOSFET和電感元件

熱阻值（如有）

您可以使用估計或設計的工作電流來確定功耗，或使用上面的第一個規格來獲得最壞情況的值。 兩者都有助于熱管理，這需要使用熱阻值來估計溫度。 對于某些組件，您可以確定是否需要散熱器以確保可靠性。

對于大電流電路板很重要的其他組件（例如連接器）可能具有非常高的額定值，并且在電力系統中很有用。

選擇正確的銅重量

布線中使用的銅的電阻會產生一些直流功率損耗，這些功率損耗會以熱量的形式損失掉。 這對于非常高電流的設計變得非常重要，特別是當元件密度很高時。 在大電流PCB中防止DC損耗的方法是使用截面積較大的銅。 這意味著要么需要更重的銅，要么需要更寬的布線，以保持足夠低的焦耳熱和功率損耗。 使用 PCB 布線寬度和電流表來確定防止溫升過高所需的銅重量和/或布線寬度。

變得更大：使用飛機而不是軌道

如果您必須向電源系統輸入非常大的電流，并且布線太寬而無法滿足您的需求，請使用電源層而不是布線。 例如，在我們過去制作的 Eurocard 格式背板中，我們使用多個電源層從兩個專用低壓（24 V）電源提供 100 A 的電流。 當您需要支持極端電流時，可以在其他系統中使用相同的策略。

銅包散熱孔

在空氣停滯的電路板外殼中，如果僅依靠傳導或自然對流，很難從設備中傳遞熱量。 散熱通孔可以放置在具有銅表面層的電路板上，通過提供與平面層（GND）的直接連接來提供額外的熱傳遞，從而遠離一些元件。 這可用于靠近熱元件或布線的電路，以提供遠離表面層的額外熱傳導，但不應在需要隔離時使用，例如在電源變壓器的初級和次級匝之間。

盡管冷卻孔對于特定組件很有用，但更好的策略是考慮如何使用大型散熱器或直接傳導到外殼的路徑以提供高散熱。

注意地面

高電流系統可能需要使用相同類型的安全故障措施。 通過適當的接地策略可以實現一定程度的安全性和 EMI。 一般情況下，不應分割接地，但涉及大電流和/或高電壓的電力系統除外。 輸入交流、非穩壓直流和穩壓直流部分之間的接地應分開。

一個好的起點是交流系統或隔離電源中的接地策略。 通常，對于大電流電源系統，您將使用 3 線 DC 布局（PWR、COM、GND），其中 GND 連接實際上是接地連接。 您的電路板可能會使用隔離策略，其中輸出側與 GND 斷開，輸入側接地，以確保發生故障時的安全。

使用較厚的電路板

乍一看，這似乎違反直覺。 您會認為更薄的電路板可以提供更好的遠離元件的傳導，那么為什么要使用更厚的電路板呢？ 事實上，當使用非標準板厚時，面內熱阻會更低，板的熱質量會更高。 較厚的電路板（2或3毫米）還可以為大電流電路板中較大的元件提供更大的機械支撐，特別是安裝在板上的電感元件和大型散熱器。

靜電放電和安全

這部分直流電有其自身的一系列問題，特別是在電力系統中，特別是在高電壓和大電流同時工作的設計中。 PCB設計和PCB加工廠家介紹大電流電路板設計中涉及的布局和安全注意事項。