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本文介紹了影響功率電路PCB的設(shè)計(jì)因素，并對(duì)其設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了詳細(xì)闡述。功率電路比普通電路的設(shè)計(jì)要求更嚴(yán)格，如果電路板設(shè)計(jì)不當(dāng)，當(dāng)電路板上傳輸很大的功率時(shí)，容易引發(fā)事故，造成極為嚴(yán)重的后果，甚至可能傷及人員。如果電路為低功率、小信號(hào)上升時(shí)間和大的信號(hào)電平，則對(duì)功率分配系統(tǒng)的要求就不是很嚴(yán)格；但是，如果這些因素發(fā)生了改變，功率的需求就會(huì)增加，這就需要進(jìn)行周密的設(shè)計(jì)，以找到有效地方法解決電路板功率分配和元件散熱的問題。在設(shè)計(jì)功率電路PCB板時(shí)需要注意以下幾個(gè)方面的問題。

 

一、高功率電路與低功率電路的分離

如果電路中的電流小于3A，則屬于低功率電路，如果電路中的電流為3A以上，則屬于高功率電路。通常，使用可行的低功率電平控制電路來(lái)控制有源高功率電子元件，例如，當(dāng)TTL電路在5V電壓工作時(shí)，如果拉電流小于1A，就可以控制晶閘管的導(dǎo)通，產(chǎn)生高達(dá)50A的電流。通常，可以將功率調(diào)節(jié)電路以及它所控制的電路設(shè)計(jì)在同一塊電路板上。圖1為一個(gè)簡(jiǎn)單的晶閘管整流控制電路。可以看出，具有絕緣作用的脈沖變壓器被安裝在電路板的高功率電路而不是控制電路中，這是因?yàn)樗拇渭?jí)線圈用于驅(qū)動(dòng)高功率晶閘管整流器控制電路。如果將低功率電路和高功率電路設(shè)計(jì)在同一塊電路板上，就會(huì)在功率電路和控制電路之間產(chǎn)生電容和電感耦合，致使設(shè)備出現(xiàn)故障。所以，低功率電路與高功率電路應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)在不同的電路板上。

圖1 高功率電路與低功率電路的分離設(shè)計(jì)

 

二、基板材料厚度

功率電路器件通常需要有一個(gè)合適的散熱器，以散發(fā)一定的熱量。如果散熱器直接安裝在電路板上，則整個(gè)電路板會(huì)上升到同樣的溫度。所以，基材的選取必須能夠承受器件的連續(xù)工作，通常選用環(huán)氧玻璃層壓板。最常用的壓板厚度為1.6mm，在需要安裝較重的器件時(shí)，如脈沖變壓器、散熱器、扼流圈等，則選取壓板厚度為2.4mm或3.2mm。現(xiàn)在散熱器以粘貼的形式應(yīng)用便以印制。

 

三、銅箔厚度

低功率電路最好選用銅箔厚度為36um的覆銅層壓板，而高功率電路通常選用銅箔厚度為70um的覆銅層壓板。對(duì)于一些特殊的電路，還可選擇銅箔厚度為105的覆銅層壓板。

 

四、導(dǎo)線寬度

設(shè)計(jì)功率電路PCB板時(shí)，電路板表面可用的銅箔應(yīng)充分用作大電流的導(dǎo)線。其制作方法，首先是確定導(dǎo)線間的距離，然后將剩余的銅箔分配用作導(dǎo)線。傳輸大電流的導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)選取較大的線寬，因此，很有必要分析電路中的電流，以確定電路板中最有可能出現(xiàn)電流故障以及導(dǎo)線最容易出現(xiàn)問題的地方，并確定導(dǎo)線能夠承受的極限電流。如果不這樣，就要盡可能增加導(dǎo)線的寬度。

 

五、大電流導(dǎo)致的電壓降

在功率電路中，電路板導(dǎo)線中的大電流會(huì)造成可觀的電壓降，因而，應(yīng)當(dāng)盡可能低避免這些大的負(fù)載電壓降。如果這些負(fù)載電流必須通過(guò)電路板，而不能被旁路掉，則在設(shè)計(jì)導(dǎo)線時(shí)就應(yīng)當(dāng)確保這些大的電壓降不會(huì)影響電路的正常功能。

 

六、散熱問題

電路板上熱量的產(chǎn)生主要有兩個(gè)來(lái)源：電路板本身和安裝在它上面的組件。每個(gè)系統(tǒng)（和組件）都有一個(gè)最大的工作溫度，因而必須確保溫度不能越界。散熱器的使用、強(qiáng)制排風(fēng)冷卻、組件的布局以及電路板的水平或垂直安裝都會(huì)影響電路板及其組件的溫度，現(xiàn)在的EDA工具可以根據(jù)電流和產(chǎn)生熱量的關(guān)系快速準(zhǔn)確地進(jìn)行熱量分析。任何相應(yīng)的電路仿真程序（例如SPICE）都能夠?qū)o態(tài)和動(dòng)態(tài)的熱量生成進(jìn)行仿真。

 

七、結(jié)語(yǔ)

深圳宏力捷只是拋磚引玉的講述了功率電路的PCB設(shè)計(jì)原則。當(dāng)然，畢竟深圳宏力捷能力和見識(shí)有限，其中難免有所偏頗，不足之處懇請(qǐng)指正。