PCB 布局中通过过孔缝合进行大电流布线

PCB 布局中通过过孔缝合进行大电流布线

相同的一般警告规则适用于电路板设计。 大电流是设计的必要条件，但如果不适当注意PCB布局，也可能会导致一些不愉快的后果。

电源和接地必须在设计中进行管理，并正确分配给它们所连接的不同组件。 用于管理 PCB 布局中高电流的一项技术是缝合过孔，这有助于通过电路板传递电流的热量和能量。 这是有关在下一个 PCB 设计中使用通孔缝合处理高电流布线的更多信息。

电路板大电流问题

许多系统在运行时会消耗大量电力，并且这些系统中的电路板需要传导大电流。 然而，如果电路板没有针对该电流水平正确设计，则可能会出现电气或结构故障。 例如，电路板没有使用足够的金属来通过其电源层传导电流，并且布线可能会过热。 如果散热不正确，将会影响非专门设计的部件的正常工作。 最后，热量会产生多米诺骨牌效应，越来越多的部件受到影响，最终导致电路板故障。

可能对电路板产生不利影响的高电流的另一个示例是电路板结构的物理故障。 原始电路板制造中使用的材料可以承受大量的热量，但只能承受一定程度的热量。 FR-4是PCB制造的标准材料，玻璃化转变温度（Tg）等级为130℃。 超过这一点，其固体形式将变得不稳定并可能开始融化。 然而，即使在达到此温度之前，热量最终也可能烧毁板上的任何薄金属迹线，导致开路，例如保险丝熔断。为了避免这些和其他高电流问题，有必要在 PCB 布局中仔细设计这些电路。组件之间的短而直接的电源和模拟布线。

高电流电路的电气和热注意事项

大电流会在电路板上产生大量噪声，尤其是与开关电源相关的电流。 导通和关断状态之间的切换会产生EMI，并且EMI的强度会随着开关上升时间的增加而增加。 虽然这个问题可以解决，但以下旨在降低噪声的 PCB 布局技术也可以用来控制这个问题。

电源电路中的组件应放置得足够近，以便进行短距离直接接线连接，而不违反以下可制造性设计 (DFM) 规则：

• 电源组件应全部位于板的同一侧，以消除板内布线的需要。
  

• 电源的大电流元件（如电感、IC）应尽可能靠近，以实现最短的连接。
  

像这样将组件放在一起，电源单元中的接线应该非常直接。您需要布线尽可能宽，以保持低电感并降低 EMI 的可能性。这种策略将使您能够更好地控制电源电路中大电流的电气和热问题，但仍然存在将大电流路由到电路板上其他点的问题。 如此高电流布线中的热问题将需要更多的金属，这可能需要不止一层的布线。 在这里，在高电流布线中使用缝合过孔很有帮助。电源线用三个通孔缝合到另一层。

PCB布局中可通过过孔缝合形成大电流布线

在布线高电流电线时，最好使用尽可能多的金属来减少热量和电感。 然而，很多情况下，电路板上没有足够的空间使电源线达到所需的宽度。 解决方案是在电路板上采用多层布线。 通过将不同层上的布线和过孔缝合在一起，您将有效地将载流能力乘以单层上的载流能力。 上图中，可以看到电路板内层的电源接线。 共有3个缝合过孔，可与相邻层的配套布线连接。 这为电路板外层的其他布线或其他组件释放了空间。

需要注意的是，大电流布线中会产生大量热量。 通过将内层的多条电源线和过孔缝合在一起，您将为更多的金属提供一种共享热量的方式，但仍然需要进行散热。 这可以通过散热孔来完成，该散热孔将热量传递到电路板外层的金属焊盘以进行冷却。 为大电流布线提供的散热越多，电路板的性能就越好，遭受热损坏的可能性就越小。

在规划设计时，我们还应该牢记目前需要考虑的其他一些布局问题：

PCB制造：如果您的电路板要在大电流下工作得非常热，最好探索其他可以承受更高工作温度的材料。 尽管这些材料可能更昂贵，但从长远来看，它们可以通过避免与热量相关的问题来节省您的钱。 您还应该与制造商合作，为高电流板开发最佳的层堆叠配置和电源平面策略。

板厚：通过增加板厚，可以增加铜的重量，从而使布线更粗。 这使您可以减少布线宽度，为布线和元件放置留出更多空间。 与任何制造问题一样，这些更改在纳入设计之前应与制造商达成一致。

自动组装：正如我们所看到的，由于电流和电气原因，更高的电流需要更多的金属。 然而，与此同时，在操作过程中会散发出不必要热量的相同金属也可能会给 PCB 组装带来问题。 大面积的金属会导致较小零件的热不平衡，从而影响其焊接。 为了避免这种情况，在将部件直接连接到宽电线或大面积金属时，请务必使用散热器。

元件放置：如果可以避免，大电流、高温的元件应放置在电路板的边缘。 通过将更多的这些部件放置在电路板的中心，可以为电路板的自然散热提供更多的空间。

布线高电流电缆时充分利用 PCB 设计工具

布线PCB通常需要多个布线宽度和过孔，具体取决于要布线的内容。 信号布线需要更细的布线和更小的通孔，而电源和地布线通常相反。 有时，不同的电网需要不同的宽度，具体取决于它们承载的电流水平。 为了帮助布局设计人员应对这些挑战，PCB设计工具通常有一个约束管理系统来设置线宽和间距规则。

使用约束管理器，您可以设置高速设计拓扑和走线长度的规则。 您还可以为 PCB 组装创建规则，以控制元件之间的间距或如何将阻焊剂应用于细间距元件。