Das beste Softwarepaket für das Hochspannungs-PCB-Design

Zachariah Peterson
|  Erstellt: January 22, 2021

Von all den verschiedenen Platinen, die ein Designer erstellen kann, kann ein Hochspannungs-PCB-Design kompliziert sein und erfordert strenge Aufmerksamkeit für die Sicherheit. Wenn diese Platinen nicht richtig ausgelegt sind, können sie ein Sicherheitsrisiko darstellen oder beim ersten Einschalten nicht funktionieren, sodass ein Konstrukteur Zeit und Mühe verschwendet. Im besten Fall funktioniert die Karte dank korrekter Layout-Praktiken über einen langen Zeitraum zuverlässig.

Stellen Sie bei der Planung Ihres nächsten Hochspannungs-Leiterplattenentwurfs sicher, dass Sie die besten Entwurfswerkzeuge für diesen Auftrag verwenden. Mit jedem Leiterplatten-Layout-Programm können Sie Komponenten anordnen und Leiterbahnen um eine Leiterplatte herum verlegen. Nur Altium Designer überprüft das Leiterplatten-Layout bei der Erstellung anhand der Hochspannungs-Leiterplatten-Entwurfsregeln. Wir haben alles zusammengestellt, was Sie über ein erfolgreiches Hochspannungs-PCB-Design wissen müssen, damit Sie sicher und erfolgreich sein können.

Hochspannungs- und Hochstrom-einfügen ALTIUM DESIGNERDesignpaket basiert

Das einzige Hochspannungs-PCB-Designpaket, das auf einem einheitlichen PCB-regelgesteuerte Design-Engine.

Das Design von Hochspannungsplatinen kann so komplex sein wie jedes digitale Hochgeschwindigkeitsdesign. Platinen für Hochspannungssysteme können platzbeschränkt sein und wichtige Sicherheitsanforderungen erfüllen. Sie müssen außerdem sehr zuverlässig sein, um eine lange Lebensdauer bei Betrieb mit hoher Spannung und hohem Strom zu gewährleisten. Bei so vielen Konstruktionsanforderungen an Hochspannungsplatinen benötigen Layoutingenieure einen kompletten Satz von Konstruktionswerkzeugen, mit denen sie alle Konstruktionsbeschränkungen erfüllen können.

Überlegungen bei Hochspannungsplatinenkonstruktionen

Hochspannungsplatinen werden normalerweise in Stromversorgungssystemen verwendet, z. B. bei der Stromerzeugung, -umwandlung oder -verteilung. Diese Aufgaben können eine Reihe von Spannungen umfassen, und die Leiterplatte für dieses Gerät muss gleichzeitig eine Reihe von Leistungsstufen aufnehmen. Hier sind einige der Punkte, die vor dem Starten eines Hochspannungsplatinenlayouts festgelegt werden müssen:

  • Maximaler Spannungspegel: Der maximale Spannungspegel in der Platine bestimmt die relevanten Sicherheitsstandards, die eingehalten werden müssen, und den Abstand zwischen den Leitern in der Platine Layout.
  • Wechselstrom vs. Gleichstrom: Gleichstromversorgungssysteme sind gefährlicher als Hochspannungswechselstromsysteme. Hochleistungs-Wechselstromsysteme müssen jedoch möglicherweise noch isoliert werden, um den Benutzer vor gefährlichen Strömen zu schützen.
  • Leistungstopologie: Die Topologie eines Stromversorgungssystems bestimmt auch die Sicherheit sowie die Komponenten, die zum Aufbau von Schaltkreisen für das System verwendet werden. Verschiedene Topologien haben ihre eigenen Design- und Layoutregeln, um eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten und zu verhindern, dass Rauschen die nachgeschalteten Schaltkreise erreicht.
  • Betriebstemperatur: Die Betriebstemperatur ist eine wichtige Determinante für die Zuverlässigkeit und hängt von der Verlustleistung in den Leitern und Komponenten des Systems ab. Bei resistiven Komponenten und dem PDN in Ihrer Leiterplatte ist ein gewisser Leistungsabfall unvermeidbar und führt zu einem Temperaturanstieg im System.

Die Elektronikindustrie hat diese Aspekte des Hochspannungsdesigns und vieles mehr durch die Schaffung von Industriestandards angegangen. Diese Normen sollen die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Hochspannungsprodukten gewährleisten.

IndustriestandardsDesignHochspannungsplatinen

für dasvonEinige der wichtigsten Industriestandards für Hochspannungsplatinen sind IPC 2221, IPC 2152 und IEC 60950-1 (jetzt zusammen mit IEC 60065-1 in die neue Norm IEC 62368-1 integriert). Wenn Sie über die besten PCB-Designtools verfügen, können die Anforderungen dieser wichtigen Designstandards in Ihrem PCB-Projekt als Designregeln codiert werden. Dies hilft Ihnen beim Entwerfen auf das Maß an Zuverlässigkeit und Sicherheit, das bei Hochspannungs-Leiterplattenkonstruktionen erforderlich ist.

Kupferkriechen und -abstand bei Hochspannungsplatinenkonstruktionen)und Hochstromplatinenkonstruktionen Hochspannungsplatinenkonstruktionen

Der Abstand zwischen diesen Leitern sollte sorgfältig geprüft werden, um ESD während des Betriebs zu vermeiden.

Hochspannungs-

sind häufig Hochstromplatinenkonstruktionen, außer in einigen ungewöhnlichen Fällen. Beispielsweise müssen Geräte wie Netzteile und Hochleistungsregler eine Hochspannung empfangen und können diese bei hohem Strom in eine moderate Spannung umwandeln. Daher müssen einige Abschnitte der Leiterplatte möglicherweise so ausgelegt werden, dass sie der durch hohen Strom erzeugten Wärme standhalten.

Beim Hochstromdesign gibt es zwei wichtige Aufgaben, die zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit beitragen:

  • Dimensionierung der Leiterbahnbreite: Leiterbahnen in einer Hochstromplatine müssen breit genug sein, um einen hohen Temperaturanstieg zu verhindern. Diese Anforderungen und ein nützliches Nomogramm sind in den IPC 2152-Normen festgelegt.
  • Wärmeableitung: Wenn Wärme in einer Hochstromplatine erzeugt wird, muss die Wärme von den Bauteilen weggeleitet werden, um zu verhindern, dass diese ihre Temperaturbewertung überschreiten. Die in diesen Platten erzeugte Wärme kann mit ebenen Schichten, Lüftern, Kühlkörpern oder unter Verwendung eines Substrats mit hoher Wärmeleitfähigkeit und einem Metallgehäuse abgeführt werden.

Wenn Hochstrom-PCB-Konstruktionsregeln mit den für Hochspannungs-PCB-Konstruktionen definierten Abständen verwendet werden, kann ein Konstrukteur sicher sein, dass seine Platine sicher ist und hohen Strom ohne übermäßigen Temperaturanstieg liefert.

Wärmemanagement in Ihrer Hochspannungsplatine Design

Lüfter, Kühlkörper, exotische Materialien und sogar Flüssigkeitskühlung können verwendet werden, um Wärme von einer Hochspannungs- / Hochstromplatine abzuleiten. Ein Konstrukteur muss jedoch den maximalen Temperaturanstieg bestimmen, den er in der Platine tolerieren kann, um die Zuverlässigkeit sicherzustellen. Sobald dies bestimmt ist, können die Spurenbreite und andere erforderliche Wärmeableitungsmaßnahmen bestimmt werden. Sobald die Hochspannungs- und Hochstrom-Entwurfsregeln für Ihre Leiterplatte festgelegt sind, überprüft die beste Entwurfssoftware Ihr Leiterplattenlayout automatisch anhand dieser Regeln.

PDN-Simulation im Hochspannungs-PCB-Design

Mithilfe von PDN-Simulationen können Sie Bereiche identifizieren, in denen der Strom zu hoch ist.

Überprüfen der Hochspannungs-PCB-Designregeln in Ihrem PCB-Layout

Die Hochspannungs-PCB-Designregeln schränken Ihre Kreativität nicht ein, sondern stellen sicher, dass Ihre Platine sicher ist und funktioniert, wenn sie funktioniert wird zuerst gestartet. Bei der Erstellung Ihres Hochspannungs-PCB-Layouts muss es mit Standard-Design-Tools verglichen werden, um Sicherheit und Funktionalität zu gewährleisten.

In Altium Designer können Sie alle wichtigen Anforderungen an das Hochspannungsdesign, die Sie benötigen, als Regeln und Einschränkungen codieren. Die Layoutfunktionen in Altium Designer basieren auf einer Online-DRC-Engine, die Ihr Layout beim Erstellen mit den Entwurfsregeln vergleicht. Auf diese Weise können Sie Fehler frühzeitig im Entwurfsprozess erkennen und verhindern sowie das Ausmaß von Neugestaltungen verhindern, die für die Sicherheit erforderlich sein könnten.

Erstellen von Leiterplatten für jede Anwendung in Altium Designer

Mit den vollständigen Funktionen für das Leiterplattendesign in Altium Designer können Sie mehr als nur Hochspannungsplatinen erstellen. Mit einem vollständigen Satz regelgesteuerter Tools für das Design und Layout von Leiterplatten können Sie digitale Hochgeschwindigkeitssysteme, analoge Hochfrequenzsysteme, gemischte Signallayouts und vieles mehr entwerfen. Keine andere Platinen-Designplattform bietet Ihnen so viele benutzerfreundliche Designmerkmale.

Verstoß gegen PCB-Designregeln in Altium Designer

Mit der PDN Analyzer-Erweiterung in Altium Designer können Sie Probleme mit der Stromintegrität in Ihrem Hochspannungs-PCB-Design leicht erkennen.

Mit den vollständigen Design-Tools in Altium Designer können Sie bei der Arbeit an Ihrem nächsten Hochspannungs-PCB-Design beruhigt sein. Sie verfügen über ein komplettes Werkzeugset, mit dem Sie sicherstellen können, dass Ihre Hochspannungsplatine wie beabsichtigt funktioniert und nach ihrer Inbetriebnahme sicher ist.

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Über den Autor / über die Autorin

Über den Autor / über die Autorin

Zachariah Peterson verfügt über einen umfassenden technischen Hintergrund in Wissenschaft und Industrie. Vor seiner Tätigkeit in der Leiterplattenindustrie unterrichtete er an der Portland State University. Er leitete seinen Physik M.S. Forschung zu chemisorptiven Gassensoren und sein Ph.D. Forschung zu Theorie und Stabilität von Zufallslasern. Sein Hintergrund in der wissenschaftlichen Forschung umfasst Themen wie Nanopartikellaser, elektronische und optoelektronische Halbleiterbauelemente, Umweltsysteme und Finanzanalysen. Seine Arbeiten wurden in mehreren Fachzeitschriften und Konferenzberichten veröffentlicht und er hat Hunderte von technischen Blogs zum Thema PCB-Design für eine Reihe von Unternehmen verfasst. Zachariah arbeitet mit anderen Unternehmen der Leiterplattenindustrie zusammen und bietet Design- und Forschungsdienstleistungen an. Er ist Mitglied der IEEE Photonics Society und der American Physical Society.

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