متطلبات لوحات الدوائر المطبوعة في أنظمة إلكترونيات السيارات (1) أنظمة الطاقة والكهرباء

وصف ميتا: اكتشف متطلبات تصميم وتصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCB) الرئيسية لأنظمة الطاقة والطاقة في السيارات الكهربائية، بما في ذلك حزم البطاريات، وأنظمة إدارة البطاريات (BMS)، والشواحن الداخلية، ومحولات التيار المستمر إلى التيار المستمر، والعواكس الجر. تعرف على تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي الجهد، والإدارة الحرارية، والألواح النحاسية السميكة، ومعايير العزل.

مقدمةتعمل أنظمة الطاقة والطاقة بمثابة جوهر السيارات الكهربائية (EVs)، مما يتيح تخزين وتحويل وتوزيع الطاقة الكهربائية التي تقود تشغيل السيارة. تعمل المكونات الهامة مثل حزم البطاريات، وأنظمة إدارة البطاريات (BMS)، والشواحن الداخلية (OBC)، ومحولات التيار المستمر إلى التيار المستمر، والعواكس الجر، وصناديق الوصلات عالية الجهد جنبًا إلى جنب لضمان تدفق الطاقة بكفاءة وأمان. تعمل هذه الأنظمة في ظل ظروف قاسية، حيث تتعامل مع الفولتية العالية التي تتراوح من 400 فولت إلى 800 فولت (وتصل إلى 1200 فولت في النماذج المتقدمة) والتيارات الكبيرة التي تصل إلى مئات الأمبيرات. ونتيجة لذلك، فإن تصميم وتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs) لهذه الأنظمة أمر محوري لضمان موثوقية السيارة وسلامتها وأدائها العام. تتعمق هذه المقالة في متطلبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المحددة والتحديات الفنية والاتجاهات الناشئة في أنظمة الطاقة والطاقة في السيارات الكهربائية.

نظرة عامة على أنظمة الطاقة والطاقة في السيارات الكهربائية

تتكون أنظمة الطاقة والطاقة في السيارات الكهربائية من عدة وحدات مترابطة، لكل منها وظائف مميزة ولكنها تشترك في متطلبات مشتركة للموثوقية والسلامة والكفاءة الحرارية:

•  حزمة البطارية و BMS: تقوم حزمة البطارية بتخزين الطاقة الكهربائية، بينما تراقب BMS جهد الخلية ودرجة الحرارة وحالة الشحن، وتقوم بموازنة الخلايا لزيادة الأداء وعمرها الافتراضي.

•  محول التيار المستمر إلى التيار المستمر: يخفض الطاقة ذات الجهد العالي من البطارية (عادة 400 فولت) إلى فولتية أقل (12 فولت أو 48 فولت) لتشغيل الأنظمة المساعدة مثل الأضواء والمعلومات والترفيه وأجهزة الاستشعار.•  عاكس الجر ووحدة التحكم في المحرك: يحول التيار المستمر من البطارية إلى تيار متردد (AC) لتشغيل المحرك الكهربائي، وهي عملية حاسمة لتسارع السيارة وكفاءتها.

قواعد التصميم العامة لتباعد ثنائي الفينيل متعدد الكلورمتطلبات تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لأنظمة الطاقة والطاقة

•  أشباه الموصلات ذات النطاق العريض: تتطلب أجهزة كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN)، المعروفة بالكفاءة والتردد العاليين، هياكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور منخفضة الحث ومنخفضة الفقدان لزيادة الأداء.تعتبر القدرة على إدارة التيارات الكبيرة دون ارتفاع درجة الحرارة أو فقدان الجهد أمرًا أساسيًا. يتطلب هذا:

•  مسارات واسعة وقضبان توصيل مدمجة: تعمل عروض المسارات الموسعة وقضبان التوصيل النحاسية المضمنة على تقليل المقاومة وتقليل فقدان الطاقة، وهو أمر بالغ الأهمية لمسارات التيار العالي.2. معايير العزل والسلامة

•  مسافات الزحف والخلوص: بالنسبة لخطوط الجهد العالي، تكون هذه المسافات عادةً ≥4 مم–8 مم لتجنب انهيار العزل.•  الامتثال للمعايير العالمية: يجب أن تفي ثنائي الفينيل متعدد الكلور بـ IEC 60664 (للزحف/الخلوص)، و UL 796 (شهادة الجهد العالي)، و IPC-2221 (قواعد التباعد العامة)، كما هو مفصل في الجدول 2.

يمكن أن تؤدي الحرارة المفرطة إلى تدهور الأداء وتقصير عمر المكونات. تشمل استراتيجيات الإدارة الحرارية:•  الفتحات الحرارية والنحاس المضمن والركائز المعدنية: تعمل هذه الميزات على تعزيز تبديد الحرارة من المكونات عالية الطاقة.

•  صفائح عالية Tg ومنخفضة CTE: الصفائح ذات درجة حرارة التحول الزجاجي (Tg) تبلغ ≥170 درجة مئوية ومعامل التمدد الحراري (CTE) المنخفض تقاوم الالتواء في ظل تقلبات درجة الحرارة.

4. مواد متعددة الطبقات وهجينة

تتطلب أنظمة الطاقة المعقدة هياكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور المتقدمة:

•  6–12 طبقة مكدسة: شائعة في وحدات الطاقة لفصل طبقات الطاقة والأرض والإشارة، مما يقلل من التداخل.

الجدول 1: مستويات الجهد والتيار مقابل سمك النحاس في ثنائي الفينيل متعدد الكلورمكون نظام EV

نطاق التيارسمك النحاس النموذجي في ثنائي الفينيل متعدد الكلور

حزمة البطارية / BMS

400–800 فولت

2–4 أونصةالشاحن الداخلي (OBC)

10–40 أمبير2–3 أونصة

محول التيار المستمر إلى التيار المستمر

400 فولت → 12/48 فولت

2–4 أونصةعاكس الجر

300–600 أمبير4–6 أونصة أو نواة معدنية

تحديات التصنيع

يتضمن إنتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور لأنظمة الطاقة في السيارات الكهربائية العديد من العقبات الفنية:

•  عزل الجهد العالي: يمثل تحقيق التوازن بين تصميم الوحدة المدمجة ومسافات الزحف/الخلوص المطلوبة تحديًا، حيث غالبًا ما تتعارض التصغير مع احتياجات العزل.•  تصفيح المواد الهجينة: يتطلب الجمع بين مواد مثل FR-4 والسيراميك أو PTFE تحكمًا صارمًا في ضغط ودرجة حرارة التصفيح لتجنب الانفصال.

الجدول 2: معايير السلامة والعزل لثنائي الفينيل متعدد الكلورالمعيار

المتطلبات

مماس الفقد (Df)

مثال على التطبيق

170–1800.25

BMS، لوحات DC-DCRogers RO4350B

0.620.0037

ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذات النواة المعدنية>200

2.0–4.0