این پروژه مربوط به طراحی PCB یک بخش قدرت از سیستم UPS است که در آن بخش Power Switching با یک DC Bus برابر 400V و جریان حداکثر 10A پیاده‌سازی شده است. برد به‌صورت دو لایه با ضخامت مس 35µm طراحی شده و ترکیبی از مسیرهای قدرت، نواحی Copper گسترده و مدارهای Gate Drive و کنترل را در خود جای داده است.
به دلیل کارکرد مدار در سطح 400V DC و جریان تا 10A، طراحی PCB صرفاً بر اساس اتصال صحیح Netها انجام نشده و ملاحظات مربوط به Current Carrying Capacity، افت ولتاژ، تلفات حرارتی، مسیر جریان و فاصله‌های الکتریکی در Layout اهمیت ویژه‌ای داشته‌اند.
طراحی مسیرهای قدرت
یکی از بخش‌های مهم این پروژه، طراحی مسیرهای High-Current است. در PCB از Copper Areaهای بزرگ و مسیرهای پهن برای مسیرهای قدرت استفاده شده تا مقاومت مسیر و تلفات ناشی از عبور جریان کاهش پیدا کند.
در طراحی هادی‌های PCB، ظرفیت حمل جریان تابعی از عواملی مانند عرض و ضخامت هادی، جریان عبوری و افزایش دمای مجاز است؛ به همین دلیل انتخاب مسیرهای Power با توجه به شرایط واقعی کاری برد انجام می‌شود. این موضوع در استاندارد IPC-2221 نیز به‌طور مشخص مورد توجه قرار گرفته است.
طراحی Gate Drive
برای هر MOSFET، شبکه Gate Drive به‌صورت مجزا در نظر گرفته شده و مسیرهای مربوط به High-Side و Low-Side Drive از یکدیگر تفکیک شده‌اند.
در Layout، کوتاه و کنترل‌شده نگه‌داشتن مسیرهای Gate Drive اهمیت دارد؛ زیرا مسیرهای طولانی‌تر می‌توانند اثرات پارازیتی و نویز ناشی از Switching را افزایش دهند.
ملاحظات Thermal
با توجه به جریان 10A و ماهیت سوئیچینگ Power Stage، مدیریت حرارتی نیز یکی از ملاحظات اصلی طراحی بوده است. استفاده از نواحی مسی گسترده در بخش‌های قدرت علاوه بر کاهش مقاومت مسیر، به توزیع و انتقال حرارت در سطح PCB نیز کمک می‌کند.
در چنین طراحی‌ای، ظرفیت جریان را نمی‌توان تنها بر اساس Width یک Track تعیین کرد و ضخامت مس، عرض هادی، تعداد لایه‌های مسی و شرایط حرارتی PCB همگی باید در نظر گرفته شوند.
تفکیک Power و Control
در Layout، بخش‌های دارای جریان و توان بالاتر از قسمت‌های متراکم کنترل و سیگنال تا حد امکان تفکیک شده‌اند. این موضوع در یک Power Converter اهمیت زیادی دارد، زیرا جریان‌های Switching با di/dt بالا می‌توانند باعث ایجاد نویز و Coupling ناخواسته در مدارهای کنترلی شوند.
بنابراین Placement قطعات قدرت، مسیرهای جریان، مسیرهای Gate Drive و نواحی Copper با نگاه هم‌زمان به Electrical، Thermal و EMI Performance انجام شده است.
این پروژه نمونه‌ای از تجربه PcbMastery در طراحی و پیاده‌سازی PCBهای صنعتی و مدارهای پاور الکترونیک است؛ با تمرکز بر طراحی دقیق مسیرهای قدرت، مدیریت جریان و حرارت، کاهش نویز و رعایت الزامات تولید و مونتاژ.
عکسهای بیشتر
