盡管PCB設(shè)計(jì)流程可能駕輕就熟，但采取一些預(yù)防措施還是很必要的。這些都是為了確保電路正常運(yùn)行，尤其是在處理大功率PCB時(shí)。英銳恩單片機(jī)開(kāi)發(fā)工程師介紹，我們?cè)陂_(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品的時(shí)候，隨著電子設(shè)備尺寸的不斷縮小，必須適當(dāng)考慮電源和熱管理等設(shè)計(jì)方面。

本文將提出一些指導(dǎo)原則，設(shè)計(jì)師可以遵循設(shè)計(jì)一個(gè)PCB適合支持大功率應(yīng)用。

一、跟蹤走線的寬度和厚度

原則上，走線越長(zhǎng)，電阻越大，消散的熱量就越多。由于目的是最大限度地減少電力損失，為了確保電路的高可靠性和耐久性，建議盡可能保持導(dǎo)出高電流的走線。要正確計(jì)算走線的寬度，了解可通過(guò)走線的最大電流，設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)IPC-2221標(biāo)準(zhǔn)中包含的公式，或使用在線計(jì)算器。

至于厚度，標(biāo)準(zhǔn)PCB的典型值約為內(nèi)部層的17.5μm，外部層和地面平面的典型值約為35μm。大功率PCB通常使用較厚的銅來(lái)減少同一電流的走線寬度。這減少了PCB上的走線占用的空間。較厚的銅厚度范圍為35至105μm，通常用于大于10A的電流。使用較厚的銅不可避免地需要額外成本，但可以幫助節(jié)省板上的空間，因?yàn)檎扯容^高，所需的走線寬度要小得多。

二、PCB布局

在電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期，就應(yīng)該考慮PCB電路板的布局。適用于任何大功率PCB的一個(gè)重要規(guī)則是確定電源所走的路徑。流經(jīng)電路的位置和功率量是評(píng)估PCB需要散發(fā)熱量的一個(gè)重要因素，這些影響印刷電路板布局的主要因素包括：

1.流經(jīng)電路的功率水平。
2.電路板工作的環(huán)境溫度。
3.影響板的氣流量。
4.用于制造PCB的材料。
5.填充板的組件密度。

盡管現(xiàn)在電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，不用過(guò)度考慮PCB的布局，但走線時(shí)還是要注意方向上的變化，建議避免直角，使用45°角度或曲線，如下圖所示。

三、電子組件放置

首先確定高壓轉(zhuǎn)換器或電源晶體管等高功率部件在PCB上的位置非常重要，這些部件會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。高功率組件不應(yīng)安裝在板的邊緣附近，因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致熱量積聚和溫度顯著升高。高度集成的數(shù)字組件，如單片機(jī)、處理器和FPGA，應(yīng)位于PCB的中心，以便全面實(shí)現(xiàn)均勻的熱擴(kuò)散，從而降低溫度。無(wú)論如何，電力部件絕不應(yīng)集中在同一區(qū)域，以避免熱聚集點(diǎn)的形成：相反，線性類型的安排是可取的。下圖為電子電路的熱分析，熱量最高的區(qū)域以紅色突出顯示。

電子組件的放置應(yīng)從電源組件開(kāi)始，其走線應(yīng)盡可能短和寬，以消除噪音生成和不必要的地面回路。一般來(lái)說(shuō)，以下規(guī)則適用：

1.識(shí)別和減少電流循環(huán)，特別是高電流路徑。
2.最大限度地減少組件之間的電阻電壓下降和其他寄生現(xiàn)象。
3.將高功率電路遠(yuǎn)離敏感電路。
4.采取良好的接地措施。

在某些情況下，只要電子產(chǎn)品的外形允許，也可以將組件放置在幾個(gè)不同的板上。

四、散熱管理

適當(dāng)?shù)纳峁芾硎潜匾?，這是為了保持每個(gè)組件在安全的溫度內(nèi)運(yùn)行。溫度最高不應(yīng)超過(guò)制造商數(shù)據(jù)手冊(cè)中指示的限值。每個(gè)組件產(chǎn)生的熱量通過(guò)散熱片、散熱孔和風(fēng)扇等傳輸?shù)酵獠俊?br/>
用于改善PCB熱管理的兩種主要技術(shù)是增加PCB上可用于散熱的區(qū)域，或者增加散熱組件（如風(fēng)扇、液冷）。電子電路中使用的許多元件（如調(diào)節(jié)器、放大器和轉(zhuǎn)換器）對(duì)周圍環(huán)境的波動(dòng)極為敏感。如果他們檢測(cè)到顯著的熱變化，熱量可能導(dǎo)致信號(hào)改變，產(chǎn)生錯(cuò)誤，這些都會(huì)降低設(shè)備的可靠性。因此，熱絕緣這些敏感組件非常重要，以便它們不受板上產(chǎn)生的熱量的影響。

五、部分線路增加焊料

英銳恩單片機(jī)開(kāi)發(fā)工程師介紹，另一種方式是讓走線添加跟多焊料，即在PCB的底層銅材料上補(bǔ)充額外的焊料，以增加走線的厚度，并降低PCB的電流承載組件的整體電阻。雖然它可能被視為一種解決方法，而不是設(shè)計(jì)規(guī)則，但該方法允許PCB走線承載更多的功率，而無(wú)需增加布線寬度。

六、去耦電容

使用去耦電容目的是減少電源軌道和接地之間的阻塞。去耦電容作為次要電源，為組件提供每個(gè)瞬時(shí)（電壓波紋或噪聲）所需的電流。在選擇去耦電容時(shí)，需要考慮幾個(gè)方面。這些因素包括：選擇正確的電容器值、介電材料、幾何形狀和電容器相對(duì)于電子元件的位置。

七、材料

大功率PCB的設(shè)計(jì)要求使用具有特殊特性的材料，首先是導(dǎo)熱率（TC）。傳統(tǒng)材料，如低成本FR-4，其TC約為0.20W/m.K。對(duì)于需要盡量減少熱增加的高功率應(yīng)用，最好使用特定材料。此外，還必須使用熱膨脹（CTE）系數(shù)非常相似的導(dǎo)電材料和熱材料制造PCB，以防止因高功率或高溫的組件導(dǎo)致的任何膨脹或收縮，從而最大限度地減少材料的機(jī)械應(yīng)力。