PCB de alta corrente

Este guia responde a todas as suas perguntas sobre PCB de alta corrente.

Se você deseja aprender sobre os recursos, especificações, tipo de material ou design - você encontrará todas as informações aqui.

Continue lendo para aprender mais.

O que é PCB de alta corrente?

Este é um tipo de PCB utilizado em aplicações que envolvem a transferência de cargas de alta potência.

Construído com substrato de cobre pesado, o PCB de alta corrente fornece resistência adicional a variações térmicas que podem ocorrer com altas correntes.

Diferentes em complexidade e indústria, existem várias aplicações que precisam de placas de circuito impresso de alta corrente.

 PCB de alta corrente

Quantos amperes podem suportar PCB de alta corrente?

A capacidade de transmissão de corrente dos traços da placa de circuito determina as quantidades de amperes da PCB de alta corrente.

Cada placa tem capacidades diferentes com base no tipo de placa e largura do traço.

Por que o PCB de cobre pesado é o melhor tipo de PCB de alta corrente?

Há muitos benefícios de usar PCB de cobre pesado para suas aplicações de alta corrente, tornando-as populares na indústria elétrica.

A seguir estão algumas das vantagens do PCB de cobre pesado:

• Você desfrutará de um custo de produção reduzido, apesar do custo relativamente alto do PCB de cobre pesado.

Isso se deve ao menor uso de fiação de cobre na PCB de alta corrente.

• Placa de circuito de cobre pesado permite alta condutividade de calor.

Portanto, evita que os componentes sensíveis à temperatura aqueçam através da difusão do calor das peças.

• A estrutura de PCB de cobre pesado é comparativamente forte, embora o número de camadas seja limitado.

Consequentemente, este tipo de PCB de alta corrente é excepcionalmente simples e pouco sofisticado.

PCB de cobre pesado

• Não há arranjos complicados de fios.
• As placas de circuito apresentam materiais exóticos que ajudam a melhorar suas propriedades mecânicas.
• PCB de cobre pesado possui resistência e resistência térmica aprimoradas.
• A placa de circuito conduz altas correntes sem esforço, sem problemas.
• Fabricado pela mistura de vários pesos de cobre em um único PCB para desenvolver um tamanho sólido e gerenciável.

Qual é o melhor material de PCB de alta corrente?

O projeto de PCB de alta corrente requer a utilização de materiais com propriedades específicas.

A condutividade térmica (TC) está entre as características importantes a serem consideradas, com materiais PCB convencionais como FR-4 tendo TC de cerca de 0.20 W/m/K.

Para aplicações de alta corrente, onde é necessário reduzir os aumentos de temperatura, é ideal empregar Materiais PCB, como o laminado Rogers RT.

Com um TC de cerca de 1.44 W/m/K, esses materiais Rogers PCB podem gerenciar altos níveis de corrente com aumentos de temperatura insignificantes.

Além disso, a fabricação de PCB de alta corrente deve ser feita usando materiais térmicos e condutores com igual coeficiente de expansão térmica.

Isso garante que qualquer contração ou expansão ocorra em uma taxa semelhante, reduzindo o estresse mecânico dentro do material PCB.

Quais são as principais considerações ao projetar PCB de alta corrente?

Você deve projetar PCB de alta corrente de maneira que forneça energia limpa com o mínimo de ruído possível.

Devido a isso, aqui estão os principais fatores que você deve considerar durante o projeto de PCB de alta corrente:

• Atual: Como a placa de circuito estará lidando com altos níveis de corrente, certifique-se de empregar peso de cobre e larguras de traço suficientes para gerenciar a corrente.
• Ruído: Para minimizar a possibilidade de geração de ruído EMI no PCB de alta corrente, você precisa usar o seguinte:

1. Pacotes mais compactos praticáveis
2. Colocação de componentes mais apertada e altamente otimizada

• Roteamento mais curto

1. Melhor estratégia de aterramento

• Calor: A placa de circuito de alta corrente ficará quente, portanto, certifique-se de que ela seja projetada para dissipar o máximo de calor possível.

As larguras de traço são uma das principais considerações a serem observadas no design

Quais são os principais componentes do PCB de alta corrente?

A seguir estão as peças-chave que você encontrará em um PCB padrão de alta corrente:

• Capacitor
• Indutor
• Reguladores de tensão
• Conversores de tensão
• Referências de tensão
• Amplificadores
• Transistores de força

Conjunto de PCB de alta corrente

Durante a colocação de componentes de PCB, mantenha os componentes próximos uns dos outros para reduzir o comprimento de seus traços e perto dos elementos que recebem a carga.

Além disso, você deve montar as peças de forma que haja um caminho de alimentação curto e direto entre as peças.

Qual é o papel do capacitor de desacoplamento no PCB de alta potência?

Existe a possibilidade de os componentes ativos da PCB de alta corrente causarem fenômenos perigosos, como toque e ressalto no solo.

Isso ocorrerá se um barramento de alimentação for distribuído e compartilhado entre várias partes da placa de circuito.

Consequentemente, pode haver quedas de tensão perto dos pinos de alimentação do Componentes PCB.

Para resolver este problema, você usa capacitores de desacoplamento.

Um dos terminais do capacitor deve estar localizado o mais próximo possível do pino do componente que recebe a fonte de alimentação.

Por outro lado, você deve conectar o outro terminal diretamente a um plano de aterramento de baixa impedância.

O objetivo é minimizar a impedância entre o terra e o trilho de alimentação.

Os capacitores de desacoplamento servem como fonte suplementar de energia, fornecendo às partes a corrente necessária durante cada transiente (ruído de tensão ou ondulação).

Há uma série de parâmetros a serem considerados durante a seleção de um capacitor de desacoplamento.

Os fatores consistem em escolher o valor correto do capacitor, geometria, material dielétrico e posição em relação aos componentes da PCB.

O valor usual do capacitor de desacoplamento é de cerâmica de 0.1μF.

Qual é a espessura de cobre preferida em PCB de alta corrente?

A espessura do cobre refere-se à espessura real da alta corrente Traços de PCB. Normalmente, a espessura padrão do cobre é de 17.5 mícrons.

Com maior espessura de cobre, você precisará de um traço menos largo para conduzir a mesma corrente.

Muitas vezes, PCBs de alta corrente utilizam cobre mais espesso para diminuir a largura do traço para uma quantidade de corrente semelhante.

Como resultado, isso diminui o espaço ocupado pelos traços de PCB. Espessuras de cobre mais grossas variam de 35 a 105 µm, normalmente aplicadas para correntes superiores a 10 A.

No entanto, espessuras de cobre aumentadas incorrem em custos extras, embora possam ser fundamentais para economizar espaço na placa de circuito impresso de alta corrente.

Isso ocorre porque você exigirá uma largura de traço menor devido à maior viscosidade.

Quais são as diretrizes importantes de design de PCB de alta corrente?

A aplicação de projetos de PCB de alta corrente está se tornando cada vez mais popular a cada dia.

Portanto, é essencial abordar os problemas relacionados a esse tipo de PCB e os riscos que acompanham o mau gerenciamento térmico e monitoramento dessas placas.

Ao aplicar as diretrizes abaixo, você pode projetar e fabricar uma PCB de alta corrente de maneira eficiente e bem-sucedida.

A seguir estão algumas das dicas essenciais para projetar PCB de alta corrente:

Usando cobre pesado

PCBs de alta corrente geralmente empregam cobre mais pesado para minimizar a largura da trilha e ainda permitir que ele conduza uma quantidade de corrente semelhante.

Larguras de traço reduzidas consomem pouco espaço, evitando aglomeração na placa de circuito.

Como já indicado anteriormente, a maior espessura de cobre varia de 35 a 105 mícrons quando operando acima de 10 amperes.

Uma alternativa à utilização de espessuras de cobre pesadas é soldar barras de barramento de cobre nas almofadas da placa para alta corrente e potência.

Embora sua largura possa ser igual à dos traços de PCB padrão, eles podem correntes mais altas, pois são mais espessos.

Posicionamento de componente

Primeiro, é crucial determinar a posição das peças de alta potência na placa de circuito.

Esses componentes, como transistores de potência ou conversores de tensão, são responsáveis ​​pela produção de grande quantidade de calor.

Você não deve montar componentes de alta potência perto das bordas da PCB, pois isso resulta em acúmulo de calor e aumento substancial da temperatura.

Elementos digitais altamente integrados, como FPGAs, processadores e microcontroladores precisam estar localizados no meio do PCB de alta corrente.

Isso permite uma difusão uniforme do calor por toda a placa de circuito, levando a uma diminuição da temperatura.

Em qualquer caso, você nunca deve concentrar os componentes de energia em um local específico para evitar a criação de pontos quentes.

Em vez disso, é recomendável adotar uma configuração de tipo linear.

A colocação precisa começar a partir dos módulos de energia. É essencial manter seus traços tão curtos quanto possível para evitar loops de terra desnecessários e produção de ruído.

Geralmente, você deve observar as seguintes diretrizes de colocação de componentes de PCB:

• identificar e minimizar loops de corrente, especificamente caminhos de alta corrente.
• Reduza quedas de tensão resistiva e fenômenos parasitas adicionais entre componentes de PCB de alta corrente.
• Posicione os circuitos de alta potência longe de circuitos sensíveis.
• Garanta boas medidas de aterramento.

Em alguns cenários, pode ser igualmente aconselhável montar componentes em várias placas diferentes. Você pode fazer isso desde que o formato do dispositivo permita.

 Colocação de componentes em PCB de alta corrente

Isolamento térmico

Parte da energia elétrica da fonte de energia é transformada em outras formas, como energia térmica.

Consequentemente, o PCB dissipa essa energia no espaço circundante.

Por esse motivo, PCBs de alta corrente inevitavelmente gerarão grandes quantidades de energia térmica também.

A maioria dos componentes do PCB é excepcionalmente sensível às variações de temperatura em seu entorno imediato.

Isso implica que quaisquer mudanças térmicas substanciais podem modificar o sinal produzido por esses componentes.

Por sua vez, pode abrir o PCB de alta corrente a erros e diminuir a confiabilidade do dispositivo.

Portanto, é vital isolar termicamente essas peças PCB sensíveis para protegê-las dos prováveis ​​efeitos perigosos do excesso de energia térmica.

Traços mais curtos

É importante notar que traços de PCB mais longos levam a uma maior resistência.

Portanto, seu objetivo deve ser reduzir a perda de energia e manter o máximo de energia possível nos traços.

Consequentemente, você manterá a longevidade e a confiabilidade do PCB de alta corrente.

Para garantir isso, você precisa manter os traços do PCB muito curtos quando estiverem conduzindo altas correntes.

 Desembarques/Vias Térmicas

Via costura refere-se a um método onde você usa vias para conectar várias camadas de PCB.

Isso estende o mesmo traço com largura semelhante através das várias camadas.

Além disso, você pode usar vias térmicas para direcionar o fluxo de energia térmica em um pacote das partes sensíveis. Consequentemente, você mantém seu desempenho e integridade.

As vias são capazes de absorver o calor gerado pela alta corrente que flui através da placa de circuito por condução básica.

Após a transferência de calor para as vias térmicas, o PCB pode ser transmitido para um patamar térmico.

Basicamente, o pouso térmico é uma placa de metal encontrada na base da PCB de alta corrente onde não existem pontos de falha.

Aqui, também os componentes cruciais do pacote são protegidos do efeito adverso da alta corrente.

Derramamentos de polígono

O uso de vazamentos poligonais garante o isolamento térmico de componentes delicados da PCB de alta corrente, juntamente com o aumento do potencial de transporte de corrente de um pacote específico.

Esses derrames de polígonos associados aos traços de energia podem ser colocados sob o chip e conectados à placa com a ajuda de vias.

Remover máscara de solda

A eliminação da máscara de solda PCB de alta corrente é uma maneira de permitir que os traços transfiram maiores quantidades de corrente.

A remoção da máscara de solda expõe o material de cobre por baixo que você pode complementar com soldas extras.

A adição de soldas aumenta a espessura do cobre e reduz a resistência geral dentro das partes que transportam corrente da placa de circuito.

Devido a isso, o PCB de alta corrente é capaz de acomodar maior potencial de transporte de energia sem a necessidade de aumentar a largura do traço.

Placas grossas

Você pode acomodar traços mais amplos formando espaço dentro da espessura da PCB de alta corrente.

Isso é importante quando há necessidade de expandir as larguras dos traços empregando maiores quantidades de cobre.

Em vez de esticar a superfície horizontal, você pode usar placas de circuito mais grossas.

Assim, é possível colocar os traços dentro da espessura da placa e permitir que ela gerencie também a dissipação de calor dos trilhos.

Por que você deve ter um plano de energia ou terra entre a camada interna e externa do PCB de alta corrente multicamada?

Em PCB de alta corrente multicamada, deve haver um plano de energia ou terra entre a camada interna e externa.

Você deve colocar o plano entre a camada interna com sinais sensíveis e a camada externa com partes da fonte de alimentação e roteamento.

O plano serve como escudo para proteger as faixas de sinal sensíveis de elementos de energia ruidosos e o roteamento da camada externa.

Quais são as aplicações do PCB de alta corrente?

Os usos de PCBs de alta corrente envolvem a aplicação nos seguintes equipamentos e indústrias:

• Conversores de energia
• Suprimentos de energia
• transformadores
• Soldagem
• Matrizes solares
• Maquinário pesado
• Aviação
• Automotivo

O tamanho do furo afeta o desempenho da PCB de alta corrente?

Sim, é recomendado que você use furos maiores no PCB de alta corrente, pois eles são igualmente melhores na condução de calor.

Além disso, usar vários orifícios em vez de um orifício também é preferível para placas de circuito de alta corrente.

Quanto maior a largura da placa, maior deve ser o anel anular dos furos perfurados.

Isso oferece mais espaço para a broca perfurar através do material PCB de alta corrente mais espesso.

Por que a especificação de uma largura de traço específica é crucial em PCB de alta corrente?

O propósito dos traços é ligar qualquer forma de sinal elétrico de uma junção particular a outra.

A largura do traço do PCB é geralmente medida em mils e a largura do traço convencional para sinal regular pode variar de 7 a 12 mils.

O comprimento do traço pode ser de alguns centímetros.

No entanto, existem vários parâmetros que você deve considerar ao determinar o comprimento e a largura dos traços.

O uso normalmente ditará o tipo e a largura de um traço em um projeto de PCB de alta corrente.

Em certos casos, muitas vezes há um equilíbrio em relação ao tamanho/densidade da placa, custo de fabricação e desempenho do PCB.

Quando uma placa de circuito possui especificações de projeto específicas, larguras e variedade de traços podem ser mais significativas do que otimizar para Fabricação de PCB custo.

PCB de alta corrente com diferentes larguras e tipos de rastreamento

Normalmente, as seguintes especificações associadas a traços influenciarão o custo de fabricação de PCB de alta corrente.

Os custos ficam significativamente mais altos devido às tolerâncias restritas de PCB e mais ferramentas finais necessárias para fabricar e testar/inspecionar as placas:

• Larguras de traço menores que 5 mils
• Espaçamento do traço mais apertado do que 5 mils
• Através de furos com diâmetro inferior a 8 mils
• Espessura do traço mais espessa ou mais fina que 1.4 mils (1 onça)
• Impedância de rastreamento controlada ou comprimentos e pares diferenciais.

PCBs de alta corrente HDI envolvendo BGAs de passo excepcionalmente fino podem precisar de larguras de traço tão finas quanto 2.5 mils.

Eles também podem exigir uma variedade especial de vias, como microvias perfuradas a laser com diâmetros de 6 mils e abaixo.

Pelo contrário, certas placas de circuito de alta corrente podem precisar de planos ou traços muito amplos que ocupem uma camada inteira.

Estes terão derramamentos de onça mais grossos em comparação com os tipos padrão de PCB.

Quais são os fatores a serem considerados no projeto de layout de PCB de alta corrente?

Você deve considerar o layout da placa desde a fase inicial do projeto de PCB de alta corrente.

Uma prática essencial aplicável a qualquer placa de circuito de alta corrente é estabelecer o caminho percorrido pela energia.

A localização e a quantidade de energia que conduz através de uma placa de circuito são parâmetros vitais para determinar a quantidade de calor que o PCB deve dissipar.

Os principais parâmetros que afetam o layout da PCB de alta corrente incluem:

• Nível de energia fluindo por toda a placa de circuito;
• Temperatura ambiente de operação da placa;
• Quantidade de fluxo de ar afetando o PCB;
• O material de substrato usado na fabricação de PCB de alta corrente;
• Densidade dos componentes montados na placa de circuito impresso.

Ao alterar a direção dos traços, você deve evitar ângulos retos, em vez disso, use linhas curvas ou ângulos de 45 graus.

No entanto, isso é menos importante em aplicações modernas de PCB de alta corrente.

Como você aumenta a eficiência do layout no projeto de PCB de alta corrente?

A eficiência do layout é uma das principais preocupações em alta corrente Designs de PCB.

Aqui estão algumas das maneiras de melhorar o layout da placa de circuito de alta corrente:

Aplique a técnica DIY para o esquema

Você pode empregar o método DIY no design de layout de PCB de alta corrente. Adotar a abordagem DIY no desenvolvimento de seu esquema permite melhorar o layout.

Existem várias ferramentas disponíveis que são úteis no desenvolvimento de um esquema excepcional.

Espaço Suficiente Os Componentes

É fundamental espaçar adequadamente os componentes de PCB de alta corrente. Você não deve desordenar as peças em um único local.

Além disso, em nenhum momento você deve montar as partes do PCB sem espaçamento suficiente.

Aplique diferentes posições de fiação entre camadas de PCB

É igualmente vital utilizar diferentes posições de fiação entre as camadas de PCB de alta corrente. As camadas alternadas normalmente requerem direções diferentes.

Não coloque traços em ângulo reto

Colocar os traços de PCB em um ângulo de 90 graus dificulta a formação de traços uniformes.

Por isso, é recomendado que você coloque os trilhos em um ângulo de 45 graus, o que garante espaço e evita superlotação no projeto de PCB.

Selecione cuidadosamente a largura do traço

A largura do traço também conta, e é por isso que você deve escolhê-la com cautela para permitir um fluxo suave de corrente.

A seleção da largura de linha correta garantirá o desempenho efetivo da PCB de alta corrente.

Quais são as vantagens do roteamento de cobre extremo ou pesado em PCB de alta corrente?

Alguns dos benefícios do roteamento de cobre extremo/pesado em PCBs de alta potência incluem:

• Alta fiabilidade
• Maior capacidade de carga de corrente dos traços da placa
• Maior capacidade de transporte de corrente das vias
• Manipulação de diferentes níveis de corrente de circuito em uma única camada
• Não precisa de larguras de traço aumentadas
• Boa resistência mecânica dos conectores
• Uso de componentes PCB de alta temperatura sem perigo

O roteamento de cobre extremo oferece maior capacidade de corrente

Por que a dimensão de rastreamento é importante ao projetar PCB de alta corrente?

A dimensão do traço é muito crucial em placas de circuito impresso de alta corrente.

Você sabe que a perda de energia em um traço de placa se transforma em calor, portanto, você evita isso usando traços mais grossos.

Além disso, ter traços de PCB que não podem gerenciar a corrente nominal pode levar a pontos de calor e destruição física do cobre.

Para estabelecer a espessura mínima do traço para a corrente especificada, você pode consultar o gráfico IPC-2221 ou empregar a calculadora de traço PCB.

Dependendo disso, para aumentar a espessura do traço, você pode utilizar cobre mais espesso ou estender a largura do traço.

Além disso, é fundamental manter os traços de PCB de alta corrente tão curtos quanto possível para reduzir a resistência.

Como você deve executar o roteamento de rastreamento em PCB de alta corrente?

Alguns fabricantes de PCB de alta corrente rastreiam o roteamento à medida que montam os componentes, enquanto outros roteiam após a conclusão do processo de colocação dos componentes.

Independentemente da técnica escolhida, o roteamento precisa complementar a montagem dos componentes com trilhos curtos diretos de PCB.

Certifique-se de utilizar traços largos o suficiente para a corrente e coloque cantos arredondados ou 45 graus em vez de ângulos retos.

Além disso, evite utilizar vias para trilhas de energia, pois elas adicionam indutância.

No entanto, como os componentes primários de energia geralmente estão no mesmo lado da PCB, isso não será um problema.

Além disso, você também deve desistir de rotear traços de sinal adicionais sob os componentes de energia do PCB de alta corrente.

Quais são os problemas comuns em PCB de alta corrente?

PCBs de alta corrente que são projetados incorretamente para a quantidade de corrente que estão manipulando estarão suscetíveis a falhas.

Muitas vezes, essas falhas são classificadas por:

Superaquecimento

A placa de circuito terá pontos de calor se seus planos e traços não forem amplos adequadamente para a corrente que passa por eles.

Isso pode afetar a distribuição estável de corrente na placa de circuito impresso de alta corrente.

Por sua vez, o fenômeno pode obrigar outras peças de PCB a funcionarem além de suas faixas de temperatura designadas.

Consequentemente, há maior probabilidade de falha do PCB, pois mais componentes funcionam em temperaturas maiores do que as especificadas.

Funcionalidade e confiabilidade

As temperaturas de operação elevadas não só influenciarão o funcionamento correto do PCB de alta corrente, mas também podem manifestar outros problemas mecânicos.

Em alguns casos, as altas correntes podem causar deterioração da placa quando ela não é projetada inadequadamente para os níveis de corrente que estão sendo conduzidos.

Por exemplo, os materiais de PCB de alta corrente podem eventualmente derreter, ou vestígios podem queimar como um fusível queimado.

Portanto, o projeto de PCB de alta corrente deve considerar sua corrente nominal. Além disso, você também precisa entender o caminho de energia do projeto durante o layout da PCB.

Quais são as técnicas para garantir o gerenciamento térmico eficaz em PCB de alta corrente?

O primeiro passo para resolver o problema do calor no projeto de PCB de alta corrente é adotar traços de placa mais amplos com maior peso de cobre.

No entanto, existem outros meios de garantir um gerenciamento térmico eficiente na placa de circuito.

Além disso, você deve isolar os componentes de energia que esquentam dos circuitos sensíveis.

Essas peças também precisam ser montadas em direção ao centro de PCB para melhor dispersão de calor e isolamento de outros elementos de PCB quentes.

Você pode montar componentes de funcionamento a quente para aproveitar qualquer fluxo natural de ar na placa de circuito de alta corrente.

Além disso, você também pode considerar vias de alívio térmico, dissipadores de calor e ventiladores de refrigeração.

Também pode ser apropriado empregar uma largura de PCB mais espessa ou materiais de PCB distintos, que podem suportar e dissipar maiores quantidades de calor.

Por que você deve isolar termicamente os componentes sensíveis do PCB de alta corrente?

Como você já sabe, a maioria dos componentes do PCB de alta corrente é reativa a variações na temperatura do ambiente circundante.

Se sentirem flutuações significativas nas condições térmicas, podem causar alteração no sinal produzido, causando falhas e diminuindo a confiabilidade da PCB.

Por isso, é essencial isolar termicamente as partes sensíveis.

Isso garante que o calor gerado na placa de circuito de alta corrente não afete os componentes isolados.

Quais são alguns dos recursos de segurança que você pode adicionar ao design de PCB de alta corrente?

O problema de superaquecimento em PCB de alta corrente é real.

Isso se soma ao possível curto-circuito da carga e eventual consumo de excesso de corrente do regulador ou MOSFET.

Para detectar essas incidências, você pode incorporar elementos de segurança adequados no design da PCB de alta corrente.

Um sensor de temperatura pode desempenhar um papel instrumental quando instalado entre os componentes produtores de calor da placa de circuito de alta corrente.

O sensor ativa alertas se a temperatura do PCB ultrapassar um limite aceitável.

Para garantir a proteção contra curto-circuito, instale fusíveis na saída do PCB de alta corrente.

Os fusíveis cortam as conexões instantaneamente se houver um aumento na corrente além de um limite seguro.

Sensores de temperatura e fusíveis são alguns dos recursos de segurança que se pode empregar em PCB de alta corrente

Qual é o padrão IPC essencial para PCB de alta corrente?

Nunca adivinhe quando se trata de projetar um PCB de alta corrente. Existem várias calculadoras de corrente online à sua disposição, além dos padrões da indústria.

A norma IPC-2152 atua como uma diretriz geral sobre a conexão entre a temperatura e a corrente do tamanho do condutor.

Você pode aplicá-lo para estabelecer o tamanho correto do traço a ser empregado no projeto da placa de circuito impresso de alta corrente.