日本黄色一级经典视频|伊人久久精品视频|亚洲黄色色周成人视频九九九|av免费网址黄色小短片|黄色Av无码亚洲成年人|亚洲1区2区3区无码|真人黄片免费观看|无码一级小说欧美日免费三级|日韩中文字幕91在线看|精品久久久无码中文字幕边打电话

當(dāng)前位置：首頁 > > 21ic電子網(wǎng)

電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理

時(shí)間：2020-10-21 16:19:18
關(guān)鍵字： PCB    電路板   
手機(jī)看文章

掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章

[導(dǎo)讀]我記得第一次（也是唯一的一次）我的一個(gè)電路著火了。它從電阻開始噗的一聲冒煙并迅速傳播到附近的電容。幸運(yùn)的是，破壞很小，大部分元件都可以挽救。也許你會(huì)問為什么會(huì)這樣？是不是發(fā)生了短路？其實(shí)很簡(jiǎn)單，我沒有考慮PCB上的高電流。

電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理
????? ??我記得第一次（也是唯一的一次）我的一個(gè)電路著火了。它從電阻開始噗的一聲冒煙并迅速傳播到附近的電容。幸運(yùn)的是，破壞很小，大部分元件都可以挽救。也許你會(huì)問為什么會(huì)這樣？是不是發(fā)生了短路？其實(shí)很簡(jiǎn)單，我沒有考慮PCB上的高電流。我記得那是我剛參加工作的時(shí)候，在某研究所為船舶用高壓共軌電噴系統(tǒng)開發(fā)電控單元和噴嘴驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。著火部位位于繼電器開關(guān)的MOS管驅(qū)動(dòng)電路。幸虧當(dāng)時(shí)我是在面包板上搭建驅(qū)動(dòng)模塊，其中選用的一個(gè)電阻功率不夠。我需要一個(gè)1到2瓦的大個(gè)電阻，結(jié)果當(dāng)時(shí)手頭沒有，就隨便拿了個(gè)常用的四分之一瓦同樣阻值電阻試試。結(jié)果一上電就噗的一聲燒黑掉了！嚇?biāo)廊税∮H娘的，非常感謝當(dāng)時(shí)的領(lǐng)導(dǎo)，和藹可親地說：“沒關(guān)系，你們電子專業(yè)可以大膽嘗試，允許犯錯(cuò)，不斷改進(jìn)。不像我們是機(jī)械和內(nèi)燃機(jī)專業(yè)，多人大系統(tǒng)，犯錯(cuò)成本高，改動(dòng)不方便?！边@種鼓勵(lì)是跨行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的魅力，閃閃發(fā)光！
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理
?????? 上圖為色環(huán)電阻的型號(hào)，功率及大小。
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理
?????? 上圖為各種不同功率大小的電阻實(shí)物圖。
??????言歸正傳。隨著電子產(chǎn)品繼續(xù)小型化，隨著更多功能被裝入更小的設(shè)備，這些系統(tǒng)的散熱需求也隨之增加。在高電流下工作的PCB尤其如此。特別是負(fù)載重的電源系統(tǒng)，例如電動(dòng)汽車中使用的鋰離子電池，需要集成在PCB上的電源管理系統(tǒng)。以及大電流的驅(qū)動(dòng)電路，都需要著重考慮散熱。設(shè)計(jì)師需要實(shí)施創(chuàng)意策略來管理大電流PCB中產(chǎn)生的熱量。
??????承載大電流的電路中功耗損失所產(chǎn)生的熱量應(yīng)梳離發(fā)熱器件以對(duì)抗溫升。大家都可能熟悉電腦處理器上使用的風(fēng)扇和散熱片。這些措施都可以從電路板轉(zhuǎn)移熱量，并與流通的空氣交換熱量。但在某些PCB器件中，尤其是小尺寸器件，可能無法安裝風(fēng)扇或散熱片。這就需要考慮其它的散熱途徑。
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理

采用更厚的銅用于大電流

??????? 銅走線和過孔的電阻會(huì)導(dǎo)致基于PCB的器件發(fā)生顯著的功率損耗和發(fā)熱，特別是當(dāng)它們承載大電流時(shí)。具有較大橫截面積的電氣連接具有較低的電阻，這減少了熱量損失的量。
??????大多數(shù)PCB使用的銅量相當(dāng)于約1盎司每平方英尺。當(dāng)不方便使用風(fēng)扇或散熱片的時(shí)候，可以采取增加銅厚的方式。一個(gè)高電流的PCB應(yīng)該使用至少兩倍的銅量。工作電流超過10安培的電路應(yīng)該高達(dá)3或4盎司每平方英尺。
?????? PCB板的銅厚都是用oz來計(jì)算，1oz意思是1平方英尺的面積上平均銅箔的重量在28.35g，oz是單位ounce的縮寫，音譯為“盎司”，它是英制計(jì)量單位，作為重量單位時(shí)也稱為英兩。它是用單位面積的重量來表示銅箔的平均厚度。用公式來表示即，1OZ=28.35g/ FT2。
??????重量單位：1oz=28.35g(克） 1盎司=16打蘭（dram） 16盎司=1磅（pound）

??????換算方法介紹：銅箔的重量除以銅的密度和表面積即為銅箔厚度。

??????1平方英尺=929.0304平方厘米，銅密度=8.9kg/dm^3
??????設(shè)Copper厚為X，解方程：
X*929.0304平方厘米*8.9克/立方厘米=1oz=28.35克 X=0.0034287厘米=34.287um
??????所以1oz=34.287um。1OZ銅箔的厚度約為35um或者1.35mil。
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理
?????? 上圖為1oz的銅厚PCB上通過電流與導(dǎo)線寬度的曲線表。供參考。
??????使用更大量的銅就需要增加PCB上走線的寬度。為了避免占用太大空間區(qū)域，導(dǎo)線也可以更深地嵌入放置在電路板中。比如放置導(dǎo)銅條。這也有助于將熱量散發(fā)到電路板本身和任何附近的散熱孔中。當(dāng)然，這可能需要使用較厚的電路板，此種情況適用于大電流設(shè)備。

使用散熱孔和散熱墊片

??????發(fā)熱器件周圍的空氣如果沒有流動(dòng)就不能有效地疏通并發(fā)散熱量。而使用散熱孔可以將熱量從電路板中的關(guān)鍵電子元件轉(zhuǎn)移出去。散熱通孔是電路板頂層和底層之間的良好導(dǎo)熱元件。熱量可以通過簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)轉(zhuǎn)移到散熱通孔，然后散熱通孔可以將熱量從關(guān)鍵電子元器件疏散開來。
??????散熱墊片一般是安裝在電路板底層的一塊金屬板。散熱孔將熱量從電路板本身的最熱點(diǎn)傳遞出去后，必須到其他位置以進(jìn)一步從電路板最熱點(diǎn)發(fā)散熱量。一般情況下，散熱孔將熱量傳遞到散熱墊片進(jìn)行大面積散熱。
??????下圖為在大電流下運(yùn)行的PCB板的紅外圖像：
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理

高功率器件的布局

??? ???像微控制器這樣的高電流電子元件會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。將這些元件安裝在電路板的中心位置附近是個(gè)好主意。
??????如果元件安裝在電路板邊緣附近，則其產(chǎn)生的熱量會(huì)累積，局部溫度會(huì)非常高。但是，如果元件安裝在電路板的中間部分，熱量會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)電路板中，電路板的溫度將會(huì)降低。
??????多個(gè)高功率元件應(yīng)分散布局在整個(gè)電路板上，而不是集中在一個(gè)位置。如果器件的外形尺寸能夠允許的情況下，甚至可以將不同的元件分開布局到不同的PCB板。在元件布局的時(shí)候要權(quán)衡再三，因?yàn)樗环矫骊P(guān)系到整個(gè)電路板的功能實(shí)現(xiàn)，一方面考慮到散熱和機(jī)械匹配，另外還要考慮到可能會(huì)對(duì)您的制造預(yù)算產(chǎn)生的影響。
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理

采用更厚的板

???? ??當(dāng)元器件在極端溫度下運(yùn)行時(shí)，其電氣連接，元件和電路板本身的壽命都會(huì)相應(yīng)縮短。計(jì)算機(jī)硬件行業(yè)已經(jīng)用冷卻風(fēng)扇減少了這個(gè)問題的風(fēng)險(xiǎn)。但是當(dāng)風(fēng)扇不起作用時(shí)，大部分熱量直接進(jìn)入電路板和周圍的元器件。這時(shí)如果電路板很薄，一切都會(huì)升溫到很高的溫度。
??????較厚的電路板在整體溫度被升高時(shí)將會(huì)需要更多的熱能。這樣較厚的電路板有助于保持電路板頂部的溫度較低。如果電路板直接安裝到外殼上，可以將熱量傳導(dǎo)到設(shè)備的外部。但是這種解決方案有可能會(huì)使得生產(chǎn)加工成本更高。所以在應(yīng)用的時(shí)候需要適當(dāng)權(quán)衡。
??????下面給大家看一下我們之前做的部分硬件中采用的不同板厚。
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理
?????? 上圖為物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中使用的Wifi模塊，采用0.6mm板厚。
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理
??? ????上圖是用于FPGA硬件開發(fā)的JTAG-USB適配器，以及其他信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，非大電流高發(fā)熱電路。采用1.0mm板厚。板上子板作為類似器件的小模塊，開半孔，邊緣鍍金包邊，整塊板作為模塊焊接到母板上。子板和母板都是1.0mm板厚。
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理
??????? 上圖是常規(guī)電源板1.6mm板厚。這個(gè)1.6mm是一般板廠的默認(rèn)厚度，如果沒有特殊說明，就默認(rèn)為此1.6mm。而且加工費(fèi)用1.6mm是臨界點(diǎn)。1.6mm以內(nèi)不另外加特殊板厚附加費(fèi)。
電路板著火了：PCB設(shè)計(jì)之熱管理
?????? 上圖為帶有Wifi模塊可智能遠(yuǎn)程控制開關(guān)的電源插座。母板電源板采用2.0mm板厚。2.0mm為加厚板制造工藝。該板厚即考慮到小空間大電流高發(fā)熱的情況。
???????要采用的最佳散熱策略取決于許多因素。并非所有設(shè)計(jì)或外形因素都可以適應(yīng)上述所有策略。例如，散熱墊片不適用于雙面印刷電路板。如果電路板上有大量元件，其中一些元件將不可避免地要被放置在電路板的邊緣附近。
?????? Altium Designer軟件工具提供相應(yīng)的熱管理方面的高級(jí)功能，可以讓您可視化PCB中潛在的發(fā)熱點(diǎn)。強(qiáng)大的PDN分析工具使設(shè)計(jì)人員能夠識(shí)別可能導(dǎo)致高電流設(shè)備故障的故障部位。

聲明：本文來源于Altium


免責(zé)聲明：本文內(nèi)容由21ic獲得授權(quán)后發(fā)布，版權(quán)歸原作者所有，本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。文章僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，不代表本平臺(tái)立場(chǎng)，如有問題，請(qǐng)聯(lián)系我們，謝謝！

21ic電子網(wǎng)

掃描二維碼，關(guān)注更多精彩內(nèi)容

本站聲明： 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布，目的在于傳遞更多信息，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)，本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者，如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除（ 郵箱：macysun@21ic.com ）。
換一批
延伸閱讀

在電子制造領(lǐng)域，可制造性設(shè)計(jì)(Design for Manufacturability, DFM)已成為縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本的核心方法。DFM通過在設(shè)計(jì)階段融入制造工藝約束，確保產(chǎn)品從圖紙到實(shí)物的高效轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵字： DFM PCB

印刷電路板(PCB)是現(xiàn)代電子設(shè)備的“神經(jīng)中樞”，而多層PCB通過垂直堆疊技術(shù)，將電路密度提升至新高度。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)猶如一座精密的微觀城市，每一層都承載著特定功能。

關(guān)鍵字： PCB 電源

在芯片性能狂飆突進(jìn)的今天，PCB上的功率密度早已突破了傳統(tǒng)散熱的安全邊界。當(dāng)FPGA、大功率DC-DC模塊等熱源在狹小空間內(nèi)集中爆發(fā)時(shí)，單純依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)或后期打補(bǔ)丁，往往會(huì)讓研發(fā)陷入“改了又改”的死循環(huán)。此時(shí)，ANSYS...

關(guān)鍵字： 熱設(shè)計(jì)仿真 Icepak PCB

在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，電源完整性（PI）直接影響系統(tǒng)性能與穩(wěn)定性。某通信設(shè)備開發(fā)團(tuán)隊(duì)在調(diào)試一款基于FPGA的千兆以太網(wǎng)板卡時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸誤碼率隨工作頻率提升顯著增加。經(jīng)排查，問題根源指向電源分配網(wǎng)絡(luò)（PDN）阻抗超標(biāo)，...

關(guān)鍵字： PCB PDN阻抗 電源完整性 PI

在高頻、高速PCB設(shè)計(jì)中，通孔作為層間信號(hào)互連的核心載體，不再是簡(jiǎn)單的電氣連接點(diǎn)，其阻抗特性直接決定信號(hào)傳輸質(zhì)量，是影響信號(hào)完整性(SI)的關(guān)鍵因素之一。隨著電子設(shè)備向高頻化、高密度、高速化迭代，信號(hào)頻率突破1GHz、上...

關(guān)鍵字： PCB 通孔 信號(hào)失真

在工業(yè)電源PCB設(shè)計(jì)中，信號(hào)完整性(SI)與電源完整性(PI)的協(xié)同設(shè)計(jì)(PISI)已成為提升系統(tǒng)可靠性的核心方法。當(dāng)電源噪聲與信號(hào)傳輸相互干擾時(shí)，傳統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)方法往往導(dǎo)致性能瓶頸，而PISI協(xié)同設(shè)計(jì)通過統(tǒng)一建模、聯(lián)合仿...

關(guān)鍵字： 工業(yè)電源 PCB 阻抗控制

在高速數(shù)字控制電源系統(tǒng)中，PCB(印制電路板)作為核心載體，其可靠性直接決定了電源系統(tǒng)的整體性能。隨著信號(hào)速率突破10Gbps、電源電流密度超過50A/cm2，信號(hào)串?dāng)_與電源紋波的耦合效應(yīng)已成為制約系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵瓶頸。...

關(guān)鍵字： PCB 信號(hào)串?dāng)_ 電源紋波

在電子工業(yè)高速發(fā)展的當(dāng)下，PCB(印刷電路板)作為電子設(shè)備的核心載體，其可靠性直接決定了產(chǎn)品的使用壽命與性能穩(wěn)定性。加速壽命試驗(yàn)(ALT)通過模擬極端環(huán)境應(yīng)力，快速暴露PCB的潛在失效模式，成為縮短研發(fā)周期、降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)...

關(guān)鍵字： PCB ALT

在工業(yè)電源領(lǐng)域，LLC諧振拓?fù)鋺{借其高效能、低電磁干擾和寬電壓調(diào)節(jié)能力，已成為中高功率應(yīng)用的核心解決方案。然而，PCB設(shè)計(jì)中的寄生參數(shù)問題若未妥善處理，將直接導(dǎo)致開關(guān)損耗增加、效率下降，甚至引發(fā)電磁兼容性失效。本文將從寄...

關(guān)鍵字： 工業(yè)電源 PCB

安森美(onsemi)為強(qiáng)化其先進(jìn)封裝的電源產(chǎn)品組合，推出了兩款面向汽車與工業(yè)高壓(HV)應(yīng)用的頂部散熱封裝——T2PAK和BPAK。這兩款封裝專為應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛工況而設(shè)計(jì)，與通過印刷電路板(PCB)散熱的傳統(tǒng)底部散熱封裝(如...

關(guān)鍵字： 電路板 散熱器 電源設(shè)計(jì)
關(guān)閉