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電力電子PCB設計中的組件和電路選擇
您可以根據需要為電路板設計不同的電力電子設備。在將交流電轉換為直流電的情況下，您很可能會使用線性或開關電源形式的穩壓電源。對于功耗低的應用，可以將這些電源作為集成電路組件（IC）設計到PCB中，使其非常適合直接插入墻上插座的小型設備。
要將直流電轉換為直流電（例如，將電壓逐步升高或降低），可以在電路板上設計不同的電源轉換電路。例如，升壓轉換電路將使輸出電壓升高，而降壓轉換器將其降低。DC-DC轉換電路還有其他變體，例如降壓-升壓轉換器，其中電壓可以根據其控制方式升壓或降壓。
無論您要在原理圖中設計哪種電源，都將混合使用有源和無源組件。您將需要使用專為更高電壓而設計的部件，這些部件具有指定用于承受更高電阻和溫度的介電材料和涂層。您還必須確保您使用的零件的設計不超過制造商指定的運行值，以確保零件不會過早失效。為確保您在原理圖中創建的電源設計能夠在最終PCB上正常工作，應在進行PCB布局之前對設計進行仿真。
電力電子熱管理
電源電子設備可能會變熱，具體取決于它們轉換的功率量，并且必須在電路板上管理熱量。對于那些功率非常高的電源，您可能需要研究替代的板材，例如陶瓷或某些PTFE（聚四氟乙烯或“特氟隆”）層壓板。請注意，盡管其中某些材料具有非標準的制造工藝，這會增加您的制造成本。
在設計中管理熱量的另一種方法是如何用電源和接地層配置PCB疊層。盡管接地層對于電源完整性的管理很重要，但它們也有助于管理表面層的熱量。來自組件導熱墊和金屬導體的熱量將通過通孔向下傳導，并進入可以散熱的平面。在您的布局中，重要的是使用銅重量更大的走線來承載大電流，這也將有助于散熱。
元件放置在熱管理中也起著重要作用。盡管單個電源的各個部分應放置在一起，但應盡可能擴展板上的不同電源電路。這樣可以避免產生熱點，并確保整個板上的溫度更加均勻。對于非常高溫的應用，您還應該考慮采用被動冷卻方法（例如散熱器）或主動冷卻設備（例如風扇）。
印刷電路板上的電源轉換器布局
電源完整性的PCB布局技巧
在實際布局電源時，需要重點關注以下幾個重要類別：
組件：為使電源布線盡可能短，請盡可能緊湊地放置組件。首先從電源的主要組件開始，例如轉換器IC。從那里開始，放置其余功率部分，從輸入電容器和電感器開始，然后是輸出電容器。您需要使這些零件盡可能地靠近以減少EMI，并且您希望這些零件在電路板的同一側以避免由于使用過孔而引起的阻抗。
跟蹤：您的跟蹤路由也應盡可能緊密。為了保持低電感，請使走線短并使其寬。嘗試以45度角甚至圓角布線。另外，將與電源無關的其他信號走線保持在該區域之外，以避免電源組件對它們的噪聲污染。
接地：電源的很好接地是使用堅固的平面而不是走線。如前所述，這不僅有助于電源完整性，還有助于熱管理。您還應該將電源的接地層與板其余部分的公共接地層隔離開。它們可以在一個點上綁在一起，但是如果兩個接地都使用同一平面，則要避免返回的信號路徑穿過嘈雜的接地回路區域。
為了幫助您在印刷電路板上設計電力電子設備，您需要與挑戰相同的設計工具。您將需要仿真和分析工具來驗證您的電源設計將滿足電路板的需求。您還希望充分利用您的設計規則和約束功能，以識別和分組電源組件和網絡。這將允許您在布局中分配正確的間距和走線寬度。