ข้อกำหนดสำหรับแผงวงจรพิมพ์ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ (1) ระบบพลังงานและพลังงาน

คำอธิบายเมตา: ค้นพบข้อกำหนดหลักในการออกแบบและผลิต PCB สำหรับระบบพลังงานและพลังงาน EV รวมถึงชุดแบตเตอรี่, BMS, เครื่องชาร์จในรถยนต์, ตัวแปลง DC-DC และอินเวอร์เตอร์ฉุดลาก เรียนรู้เกี่ยวกับการออกแบบ PCB แรงดันสูง, การจัดการความร้อน, บอร์ดทองแดงหนา และมาตรฐานฉนวน

บทนำระบบพลังงานและพลังงานทำหน้าที่เป็นหัวใจหลักของรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ช่วยให้สามารถจัดเก็บ แปลง และกระจายพลังงานไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนการทำงานของรถยนต์ ส่วนประกอบที่สำคัญ เช่น ชุดแบตเตอรี่, ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS), เครื่องชาร์จในรถยนต์ (OBC), ตัวแปลง DC-DC, อินเวอร์เตอร์ฉุดลาก และกล่องรวมสัญญาณแรงดันสูง ทำงานร่วมกันเพื่อให้แน่ใจว่าการไหลของพลังงานมีประสิทธิภาพและปลอดภัย ระบบเหล่านี้ทำงานภายใต้สภาวะที่รุนแรง จัดการแรงดันไฟฟ้าสูงตั้งแต่ 400V ถึง 800V (และสูงถึง 1200V ในรุ่นขั้นสูง) และกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่สูงถึงหลายร้อยแอมแปร์ ด้วยเหตุนี้ การออกแบบและการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับระบบเหล่านี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และประสิทธิภาพโดยรวมของรถยนต์ บทความนี้เจาะลึกถึงข้อกำหนดเฉพาะของ PCB ความท้าทายทางเทคนิค และแนวโน้มที่เกิดขึ้นใหม่ในระบบพลังงานและพลังงาน EV

ภาพรวมของระบบพลังงานและพลังงาน EV

ระบบพลังงานและพลังงาน EV ประกอบด้วยโมดูลที่เชื่อมต่อถึงกันหลายโมดูล แต่ละโมดูลมีฟังก์ชันที่แตกต่างกัน แต่มีข้อกำหนดร่วมกันในด้านความน่าเชื่อถือ ความปลอดภัย และประสิทธิภาพทางความร้อน:

• 

การรวมและการย่อขนาด: ชุดแบตเตอรี่เก็บพลังงานไฟฟ้า ในขณะที่ BMS ตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ อุณหภูมิ และสถานะการชาร์จ โดยปรับสมดุลเซลล์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและอายุการใช้งาน• 

การรวมและการย่อขนาด230–400V AC• 

การรวมและการย่อขนาด400V → 12/48V• 

การรวมและการย่อขนาด: แปลง DC จากแบตเตอรี่เป็นกระแสสลับ (AC) เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นกระบวนการที่สำคัญต่อการเร่งความเร็วและประสิทธิภาพของรถยนต์• 

การรวมและการย่อขนาด: กระจายพลังงานแรงดันสูงอย่างปลอดภัยทั่วทั้งรถยนต์ โดยมีกลไกป้องกันเพื่อป้องกันการโอเวอร์โหลดหรือไฟฟ้าลัดวงจร• 

การรวมและการย่อขนาด: จับพลังงานจลน์ระหว่างการเบรกและแปลงกลับเป็นพลังงานไฟฟ้าเพื่อจัดเก็บในแบตเตอรี่ ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานข้อกำหนดการออกแบบ PCB สำหรับระบบพลังงานและพลังงาน

เพื่อให้เป็นไปตามความต้องการของการทำงานแรงดันสูงและกระแสสูง PCB ระบบพลังงาน EV จะต้องเป็นไปตามเกณฑ์การออกแบบที่เข้มงวด:

1. การจัดการแรงดันไฟฟ้าสูงและกระแสสูง

ความสามารถในการจัดการกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่โดยไม่เกิดความร้อนสูงเกินไปหรือแรงดันไฟฟ้าตกเป็นสิ่งสำคัญ ซึ่งต้องใช้:

• 

การรวมและการย่อขนาด: ความหนาของทองแดง PCB อยู่ในช่วง 2oz ถึง 6oz (โดย 1oz เทียบเท่ากับ 35μm) และมักใช้บอร์ดแกนโลหะสำหรับส่วนประกอบต่างๆ เช่น อินเวอร์เตอร์ฉุดลาก เพื่อเพิ่มความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้า• 

การรวมและการย่อขนาด: ความกว้างของร่องรอยที่ขยายออกและบัสบาร์ทองแดงในตัวช่วยลดความต้านทานและลดการสูญเสียพลังงาน ซึ่งมีความสำคัญสำหรับเส้นทางกระแสไฟฟ้าสูง2. มาตรฐานฉนวนและความปลอดภัย

การทำงานแรงดันสูงต้องใช้ฉนวนที่แข็งแกร่งเพื่อป้องกันการเกิดอาร์คและอันตรายจากไฟฟ้า:

• 

การรวมและการย่อขนาด: สำหรับสายแรงดันสูง ระยะห่างเหล่านี้โดยทั่วไปคือ ≥4mm–8mm เพื่อหลีกเลี่ยงการพังทลายของฉนวน• 

การรวมและการย่อขนาด: PCB ต้องเป็นไปตาม IEC 60664 (สำหรับระยะห่าง/ระยะห่าง), UL 796 (การรับรองแรงดันสูง) และ IPC-2221 (กฎการเว้นระยะทั่วไป) ตามรายละเอียดในตารางที่ 23. การจัดการความร้อน

ความร้อนที่มากเกินไปอาจทำให้ประสิทธิภาพลดลงและทำให้อายุการใช้งานของส่วนประกอบสั้นลง กลยุทธ์การจัดการความร้อนประกอบด้วย:

• 

การรวมและการย่อขนาด: คุณสมบัติเหล่านี้ช่วยเพิ่มการกระจายความร้อนจากส่วนประกอบกำลังสูง• 

การรวมและการย่อขนาด: ลามิเนตที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะ (Tg) ≥170°C และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ต่ำ ทนทานต่อการบิดงอภายใต้ความผันผวนของอุณหภูมิ4. วัสดุหลายชั้น & ไฮบริด

ระบบพลังงานที่ซับซ้อนต้องใช้อาร์เรย์ PCB ขั้นสูง:

• 

การรวมและการย่อขนาด: ทั่วไปในโมดูลพลังงานเพื่อแยกชั้นพลังงาน, กราวด์ และสัญญาณ ลดการรบกวน• 

การรวมและการย่อขนาด: การผสมผสานระหว่าง FR-4 กับวัสดุความถี่สูงหรือเซรามิก (เช่น สำหรับอุปกรณ์อินเวอร์เตอร์ SiC/GaN) เพิ่มประสิทธิภาพสำหรับส่วนประกอบเฉพาะตารางที่ 1: ระดับแรงดันไฟฟ้า & กระแสไฟฟ้าเทียบกับความหนาของทองแดง PCB

ส่วนประกอบระบบ EV

การผลิต PCB สำหรับระบบพลังงาน EV เกี่ยวข้องกับอุปสรรคทางเทคนิคหลายประการ:

• 

การรวมและการย่อขนาด: การกัดชั้นทองแดง ≥4oz มีแนวโน้มที่จะเกิดการกัดใต้ผิว ซึ่งต้องใช้การควบคุมที่แม่นยำเพื่อรักษาความแม่นยำของร่องรอย• 

การรวมและการย่อขนาด: การสร้างสมดุลระหว่างการออกแบบโมดูลขนาดกะทัดรัดกับระยะห่าง/ระยะห่างที่ต้องการเป็นเรื่องที่ท้าทาย เนื่องจากขนาดที่เล็กลงมักขัดแย้งกับความต้องการฉนวน• 

การรวมและการย่อขนาด: การรวมวัสดุเช่น FR-4 และเซรามิกหรือ PTFE ต้องใช้การควบคุมแรงดันและการเคลือบอุณหภูมิอย่างเข้มงวดเพื่อหลีกเลี่ยงการหลุดลอก• 

การรวมและการย่อขนาด: PCB ต้องผ่านการทดสอบวงจรความร้อน, การเสื่อมสภาพจากความชื้น, การสั่นสะเทือน และฉนวนแรงดันไฟฟ้าสูงอย่างเข้มงวด เพื่อให้มั่นใจถึงความทนทานในสภาพแวดล้อมยานยนต์ที่รุนแรงตารางที่ 2: มาตรฐานความปลอดภัยและฉนวน PCB

มาตรฐาน

เมื่อเทคโนโลยี EV ก้าวหน้า การออกแบบ PCB ก็มีการพัฒนาเพื่อตอบสนองความต้องการใหม่ๆ:

• 

การรวมและการย่อขนาด: อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ซึ่งเป็นที่รู้จักในด้านประสิทธิภาพและความถี่สูง ต้องใช้โครงสร้าง PCB ที่มีค่าเหนี่ยวนำต่ำและสูญเสียต่ำ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด• 

การรวมและการย่อขนาด: PCB ที่มีบัสบาร์ทองแดงในตัวช่วยลดความต้านทานและขนาดโมดูล ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน• 

การรวมและการย่อขนาด: กำลังมีการนำวัสดุ PCB ระบายความร้อนด้วยของเหลวมาใช้สำหรับอินเวอร์เตอร์ เพื่อจัดการกับภาระความร้อนที่สูงขึ้นจากสารกึ่งตัวนำรุ่นต่อไป• 

การรวมและการย่อขนาด: การเพิ่มการรวมฟังก์ชันต่างๆ ลงในโมดูล PCB เดียวช่วยลดความซับซ้อนและน้ำหนักของระบบ ปรับปรุงประสิทธิภาพของรถยนต์ตารางที่ 3: การเปรียบเทียบวัสดุ PCB สำหรับระบบพลังงาน EV

วัสดุ

ระบบพลังงานและพลังงาน EV กำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดในการออกแบบและผลิต PCB ตั้งแต่ชั้นทองแดงหนาและฉนวนแรงดันสูง ไปจนถึงการจัดการความร้อนขั้นสูงและการรวมวัสดุไฮบริด ในฐานะที่เป็นกระดูกสันหลังของการส่งมอบพลังงานที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ PCB เหล่านี้มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของ EV สมัยใหม่ ด้วยการนำรถยนต์ไฟฟ้ามาใช้อย่างรวดเร็ว ความต้องการ PCB ที่มีประสิทธิภาพสูง ได้รับการรับรองความปลอดภัย และทนทานต่อความร้อนจะเพิ่มขึ้นเท่านั้น ผู้ผลิตที่เชี่ยวชาญเทคโนโลยีเหล่านี้จะมีบทบาทสำคัญในการขับเคลื่อนการปฏิวัติรถยนต์ไฟฟ้าไปข้างหน้า