심야 디버깅. 새로 조립된 전원 보드에 전원이 들어오고 폭발함. MOSFET이 깨졌습니다.. 흔적이 검게 변해. 프로젝트가 예정보다 더 늦어진다.
너무 많다 PCB 설계 엔지니어들은 이 장면을 너무 잘 알고 있습니다..
장애가 발생하는 경우, 엔지니어들은 종종 부품 선택이나 위조 부품을 비난합니다.. 그러나 실제 범인은 대개 PCB 설계 자체에 있습니다.트레이스 전류 용량이 부족함, 부적절한 열 방출, 또는 안전하지 않은 여유 거리. 구성 요소는 단순히 설계의 잘못된 점을 드러냅니다..
이 가이드는 실행 가능한 설계 규칙과 중요한 매개변수를 제공합니다.. 보풀 없음. 작동하는 표준 기반 관행.
장 1: 현재 용량 추적 - 계산, 추측하지 마세요
소진된 고전류 트레이스가 가장 일반적인 실패 모드로 간주됩니다.. 근본 원인은 거의 항상 동일합니다.: 전류를 제대로 계산하지 않았군요.
에이 PCB 트레이스의 전류 전달 용량은 세 가지 요소에 따라 달라집니다.: 추적 너비, 구리 무게, 그리고 허용 온도 상승. IPC-2152, 인쇄 기판 설계의 전류 전달 용량을 결정하는 표준, 필요한 전류 전달 용량과 허용 가능한 도체 온도 상승의 함수로 인쇄 기판의 적절한 내부 및 외부 도체 크기를 결정하기 위한 유일한 산업 표준입니다..
외부 레이어 구리 트레이스용, 단순화된 공식은:
나는 = k × W^0.725 × T^0.44
어디: 나 = 현재 (에이), w = 흔적 너비 (밀), T = 구리 중량 (온스), k = 보정 계수 -0.048 외부 레이어용, 0.024 내부 레이어용.
원천: IPC-2152인쇄 기판 설계의 전류 전달 용량을 결정하는 표준 (2009)
빠른 참조를 선호합니다? 외부 레이어에 대한 조회 테이블은 다음과 같습니다. 1 10°C 온도 상승 시 구리 oz:
| 현재의 | 최소 너비 | 권장 너비 |
|---|---|---|
| 1에이 | 0.25 mm | 0.3 mm |
| 3에이 | 0.8 mm | 1.0 mm |
| 5에이 | 1.5 mm | 2.0 mm |
| 10에이 | 3.5 mm | 4.0 mm |
| 20에이 | 8.0 mm | 10.0 mm |
| 30에이 | 14.0 mm | 16.0 mm |
| 50에이 | 25.0 mm | 30.0 mm |
중요한 알림: 이 값은 다음에 적용됩니다.외부 레이어 트레이스. 내부 레이어는 열을 잘 발산하지 못합니다., 따라서 현재 용량은 외부 레이어의 약 50~60%로 떨어집니다..
구리 중량 선택용: 1 oz는 10A 미만이면 충분합니다., 2 10~30A의 경우 온스, 330~100A의 경우 –4oz.100A 이상, 라우팅 중지 - 대신 부스바를 사용하십시오..
비용이 거의 들지 않는 기술: 적용하다솔더 마스크 개구부 고전류 트레이스에서, 그런 다음 노출된 부분을 주석 도금합니다.. 주석 층은 유효 단면적을 증가시키고 전류 용량을 30~50% 증가시킵니다..
장 2: 열 관리 - 열 방출, 빠른
열은 PCB의 가장 큰 적입니다.10°C 상승할 때마다 전해 콘덴서 수명이 절반으로 단축됩니다..
접합 온도 계산은 업계 표준 열 저항 네트워크 모델을 따릅니다.:
Tj = 타 + P × (RJC + RCS + Rsa)
어디: Tj = 접합 온도 (125°C를 초과해서는 안 됩니다.), P = 전력 손실, Rjc = 접합부와 케이스 간 열 저항 (데이터 시트에서), Rsa = 방열판과 주변 열 저항.
원천: JEDEC 열 저항 네트워크 모델 (JESD51 시리즈 표준)
열 비아 배치 방법: 이것은 많은 디자인이 실패하는 곳입니다.. FR-4의 열전도율은 0.3~0.4 W/m·K에 불과합니다., 구리가 도달하는 동안 390 W/m·K—a요인 1000 차이점. 열 비아 없음, 더위는 갈 곳이 없다.
| 매개 변수 | 권장값 |
|---|---|
| 비아 직경 | 0.3-0.5mm |
| 피치를 통해 | 1.0-1.5mm |
| 배럴 구리를 통해 | ≥25μm |
| 적용 범위 | 열 패드 면적의 ≥30% |
비아를 작게 유지하는 이유? 대형 비아는 리플로우 중에 납땜을 심지합니다., 공극과 약한 관절을 유발. 에이 0.3 mm 직경이 최고의 균형을 이룹니다..
장 3: 공간거리 및 연면거리 - 안전성을 고려한 설계
고전압 아크는 농담이 아닙니다. 에 따르면IEC 60950-1 / IEC 62368-1 (오염도 2):
| 전압 | 기초절연 | 강화절연 |
|---|---|---|
| 50V 이하 | 0.2 mm | 0.4 mm |
| 100다섯 | 0.5 mm | 1.0 mm |
| 250다섯 | 1.5 mm | 3.0 mm |
| 400다섯 | 2.5 mm | 5.0 mm |
| 600다섯 | 3.5 mm | 7.0 mm |
| 1000다섯 | 6.0 mm | 12.0 mm |
출처: IEC 60950-1정보 기술 장비 – 안전; IEC 62368-1오디오/비디오, 정보 통신 기술 장비 – 안전
비판적 구별: 이 값은 다음을 나타냅니다.정리- 공기를 통한 최단 거리.연면거리—절연 표면을 따른 최단 경로 — 먼지와 습기로 인해 심각하게 손상될 수 있습니다.슬롯 (라우팅 1 고전압 영역과 저전압 영역 사이의 mm+ 홈) 단순히 거리를 늘리는 것보다 훨씬 효과적입니다..
장 4: Stackup - 모든 것을 결정하는 기초
표준 4레이어 전원 보드 스택업:
- 층 1: 신호 + 전력 흔적 (상단 구성 요소 측면)
- 층 2: 견고한 접지면 (분할하지 마십시오!)
- 층 3: 전력층 (VCC / V버스)
- 층 4: 신호 + 전력 흔적 (밑면)
레이어를 해야 하는 이유 2 땅에 떨어지다? 견고한 접지면은 세 가지 문제를 동시에 해결합니다.: 최단 복귀 경로, 최고의 차폐, 그리고 가장 큰 열확산 면적.
고급 6단 스택업: 신호 – 지면 – 힘 1 – 힘 2 – 지면 – 신호. 두 개의 전력 레이어를 샌드위치하는 두 개의 접지면이 최적의 EMI 성능을 제공합니다..
장 5: 레이아웃 및 중요 루프
레이아웃 순서: 전원 입력 → 입력 필터링 → 전력 변환 → 출력 필터링 → 부하 → 제어 회로 (파워 스테이지에서 멀리 떨어지게 하세요)
항상 전원 루프를 먼저 배선하십시오., 그런 다음 제어 신호. 거꾸로 하는 사람은 수정본을 돌리며 하루를 보내게 될 것입니다..
벅 컨버터의 중요 루프를 최소화해야 합니다.—고주파 스위칭 루프 영역은 아래에 유지되어야 합니다. 100 mm². 루프 영역을 반으로 줄일 때마다 방사선은 대략적으로 감소합니다. 6 DB.
스위치 노드 (SW 노드) 전체 보드에서 가장 강력한 EMI를 생성합니다.: 구리 면적을 작게 유지, 피드백 감지 추적에서 멀리 떨어진 곳으로 라우팅, 필요할 때 RC 스너버를 추가하세요. (일반적인 값: 10오 + 1nf).
전류 감지에는 켈빈이 필요합니다. (4-철사) 연결: 두 개의 흔적이 전류를 전달합니다, 두 개의 흔적이 감지 신호를 전달합니다.. 감지 포인트는 저항기 패드 루트에서 시작되어야 합니다. 절대로 고전류 경로에서 탭 오프하지 마십시오..
장 6: 제작 전 체크리스트
모든 항목을 확인하세요. 건너뛰기 없음:
- 모든 고전류 트레이스 용량은 다음과 같이 계산됩니다. IPC-2152?
- 전력 루프 영역 최소화?
- 열 비아 밀도 ≥30%?
- 고전압 간극 확인 IEC 60950/62368?
- 라우팅된 격리 슬롯?
- 감지 저항기 사용 켈빈 연결?
- 스위치 노드에는 RC 스너버가 있습니다.?
- 접합 온도는 125°C 미만으로 추정됩니다.?
- 40°C 미만에서 계산된 구리 온도 상승?
- 제작 공장에서는 구리 중량 및 추적 형상을 처리할 수 있습니다.?
마지막 말: 고출력 PCB 디자인, 마진은 낭비가 아닙니다. 마진은 생존입니다.
고출력 PCB 설계 상담 또는 PCB 프로토타이핑 인용문, 전문적인 지원을 받으려면 당사 기술팀에 문의하세요..
소스 기여:
- IPC-2152 인쇄 기판 설계의 전류 전달 용량을 결정하는 표준 (2009), IPC (전자산업을 연결하는 협회)
- IPC-2221C 인쇄 기판 설계에 대한 일반 표준 (2023), IPC
- IEC 60950-1 정보 기술 장비 – 안전, 국제전기기술위원회
- IEC 62368-1 오디오/비디오, 정보 통신 기술 장비 – 안전, 국제전기기술위원회
- JEDEC 열 저항 네트워크 모델 (JESD51 시리즈), JEDEC 솔리드 스테이트 기술 협회
