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電力電子PCB設(shè)計(jì)中的組件和電路選擇
您可以根據(jù)需要為電路板設(shè)計(jì)不同的電力電子設(shè)備。在將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的情況下，您很可能會(huì)使用線性或開(kāi)關(guān)電源形式的穩(wěn)壓電源。對(duì)于功耗低的應(yīng)用，可以將這些電源作為集成電路組件（IC）設(shè)計(jì)到PCB中，使其非常適合直接插入墻上插座的小型設(shè)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(shè)計(jì)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(wú)論您要在原理圖中設(shè)計(jì)哪種電源，都將混合使用有源和無(wú)源組件。您將需要使用專為更高電壓而設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)不超過(guò)制造商指定的運(yùn)行值，以確保零件不會(huì)過(guò)早失效。為確保您在原理圖中創(chuàng)建的電源設(shè)計(jì)能夠在最終PCB上正常工作，應(yīng)在進(jìn)行PCB布局之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真。
電力電子熱管理
電源電子設(shè)備可能會(huì)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(duì)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(qǐng)注意，盡管其中某些材料具有非標(biāo)準(zhǔn)的制造工藝，這會(huì)增加您的制造成本。
在設(shè)計(jì)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(duì)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(lái)自組件導(dǎo)熱墊和金屬導(dǎo)體的熱量將通過(guò)通孔向下傳導(dǎo)，并進(jìn)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(lái)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(gè)電源的各個(gè)部分應(yīng)放置在一起，但應(yīng)盡可能擴(kuò)展板上的不同電源電路。這樣可以避免產(chǎn)生熱點(diǎn)，并確保整個(gè)板上的溫度更加均勻。對(duì)于非常高溫的應(yīng)用，您還應(yīng)該考慮采用被動(dòng)冷卻方法（例如散熱器）或主動(dòng)冷卻設(shè)備（例如風(fēng)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(shí)際布局電源時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)重要類別：
組件：為使電源布線盡可能短，請(qǐng)盡可能緊湊地放置組件。首先從電源的主要組件開(kāi)始，例如轉(zhuǎn)換器IC。從那里開(kāi)始，放置其余功率部分，從輸入電容器和電感器開(kāi)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(guò)孔而引起的阻抗。
跟蹤：您的跟蹤路由也應(yīng)盡可能緊密。為了保持低電感，請(qǐng)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(wú)關(guān)的其他信號(hào)走線保持在該區(qū)域之外，以避免電源組件對(duì)它們的噪聲污染。
接地：電源的很好接地是使用堅(jiān)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(yīng)該將電源的接地層與板其余部分的公共接地層隔離開(kāi)。它們可以在一個(gè)點(diǎn)上綁在一起，但是如果兩個(gè)接地都使用同一平面，則要避免返回的信號(hào)路徑穿過(guò)嘈雜的接地回路區(qū)域。
為了幫助您在印刷電路板上設(shè)計(jì)電力電子設(shè)備，您需要與挑戰(zhàn)相同的設(shè)計(jì)工具。您將需要仿真和分析工具來(lái)驗(yàn)證您的電源設(shè)計(jì)將滿足電路板的需求。您還希望充分利用您的設(shè)計(jì)規(guī)則和約束功能，以識(shí)別和分組電源組件和網(wǎng)絡(luò)。這將允許您在布局中分配正確的間距和走線寬度。