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电路板热分析完整指南 PCB热分析完整指南 1 min Guide Books PCB 设计工程师 电气工程师 Simulation Engineers PCB 设计工程师 PCB 设计工程师 电气工程师 电气工程师 Simulation Engineers Simulation Engineers PCB基板和铜导体的物理特性是决定电路板运行期间升温方式的主要因素。电路板热分析技术旨在预测电路板在运行过程中升温的时间和位置以及电路板达到的温度。分析的这一重要部分旨在确保元件级与电路板级的可靠性,并且可以影响诸多设计决策。 使用最好的印刷电路板设计软件,即可轻松设计出在运行期间具有高可靠性和低温的电路板。Altium Designer拥有最好的电路板设计工具和材料库,有助于确保可靠性。您将获享在PCB布局和叠层中实施热管理最佳实践所需的一切功能。您可以通过以下方式,深入了解电路板热分析以及如何设计具有可靠性的电路板。 Altium Designer 统一PCB设计软件包,将高级布局功能与全面的基板材料库和生产规划功能集成在一起。 电路板和元件中的材料将决定运行期间热量在电路板周围移动的方式。很遗憾,PCB基板材料是绝缘体,会阻止热量从热元件中散发出去。铜导体和平面层可帮助散热,但有些简单的设计选择会影响电路板在运行期间的平衡温度。这些设计决策主要集中在以下三个方面: 电路板叠层设计 基板材料选择 元件选择和布局 除了电风扇和散热器等元件之外,其他一些简单的设计选择也可以帮助确保电路板在低温下运行,不会过早产生故障。合适的设计工具集可助您轻松实施某些热管理最佳实践。 使用热分析以设计电路板 电路板设计的热分析旨在确定何时需要风扇、散热器、附加铜或热过孔等散热措施,以将温度保持在限制范围内。设计师需要为电路板中的元件选择可接受的最高温度,然后检查元件温度将如何根据其耗散功率而产生变化。如果元件温度超出可接受的温度限制,则可能需要散热器或风扇等额外散热措施。 首先,查看元件的热阻抗,您通常可以在集成电路的元件数据表中找到该值。对于低功率放大器或集成电路,该值可低至约20°C/W;对于功能强大的微处理器,该值可高达约200°C/W。要确定工作温度,只需将元件的功耗乘以其热阻抗即可。下面针对SOT封装中的示例MOSFET进行了定义。 根据其热阻抗定义的元件温度。 如果元件温度过高,设计师可以采取一些步骤来为元件散热,以降低PCB布局中元件的热阻抗: 在元件下方添加具有接地多边形的热过孔 使用导热率较高的PCB基板材料 向元件添加散热器 在平面层等元件下方加入更多铜 阅读文章
使用IPC-2221计算器进行高电压设计 使用IPC-2221 PCB间距计算器进行高压设计 1 min Blog PCB 设计工程师 电气工程师 PCB 设计工程师 PCB 设计工程师 电气工程师 电气工程师 PCB设计和装配标准不会限制您的工作效率。相反,其存在是为了帮助跨多个行业构建统一产品设计和性能的期望。标准化带来了合规工具,例如某些设计方面的计算器、审计和检查流程等。 在高压PCB设计中,重要的PCB设计通用标准是IPC-2221。该设计标准总结了许多重要的设计方面,其中一些归结为简单的数学公式。对于高压PCB,IPC-2221计算器可以帮助您快速确定PCB上导电元件之间的适当间距要求,这有助于确保您的下一块高压电路板在其工作电压下保持安全。当设计软件包含这些规范作为自动设计规则时,您就可以保持高效并避免在构建电路板时出现布局错误。 什么是IPC-2221? IPC-2221(修订版B,2012年生效)是公认的行业标准,定义了PCB设计的多个方面。部分示例包括材料(包括基板和镀层)的设计要求、可测试性、 热管理和散热装置以及 环形圈等。 某些设计指南被更具体的设计标准所取代。例如,IPC-6012和IPC-6018分别提供了刚性PCB和高频PCB的设计规范。这些附加标准旨在与通用PCB的IPC-2221标准基本一致。不过,IPC-2221通常不是用于评估产品可靠性或制造良率/缺陷的资格标准。对于刚性电路板,通常使用IPC-6012或IPC-A-600来鉴定已制造的刚性PCB。 IPC-2221B高压设计的导体间距 IPC-2221B标准规定了高压PCB设计的重要设计要求。其中之一是导体间距,旨在解决两点: 在高电场强度下发生电晕或介质击穿的可能性 导电阳极丝化的可能性,有时称为 枝晶生长( 参见下文) 第一点最重要,因为设置PCB中导体之间的真正最小间距最有利于控制。第二种效应也可以抑制,即采用适当的导线间距、选择适当的材料并在制造过程中保持常规的清洁度。在IPC-2221标准中,防止这些效应所需的间距总结为两个导体之间的电压函数。 下图所示为IPC-2221标准中的表6-1。这些值列出了最小导体间距作为两个导体之间的电压函数。这些值根据导体之间的峰值交流或直流电压而定。请注意,IPC-2221仅针对最高500V的电压规定了固定的最小导体间距值。一旦两个导体之间的电压超过500V,则下表所示的每伏特间距值将用于计算最小导体间距。超过500V之后,所需的最小间距就会相对应增加,如表最下面一行所示。 电流过高时的温度上升 并非所有高压PCB都会在大电流下运行,但那些要求使用大电流的PCB在导体不够大时可能会出现高的温升。PCB中的温度升高是由于焦耳热引起的,这与导体的直流电阻有关。因此,当电流也很大时,承载高电流的导体的横截面积应较大。 要确定最佳横截面积,可以使用基于IPC-2221和IPC-2152标准中所发布数据的计算器。IPC-2152计算器中使用的数据集更复杂,但可以提供比IPC-2221计算器更准确的结果。 访问免费的在线IPC-2221计算器 了解IPC-2152和IPC-2221计算器之间的区别 阅读文章