لوحة الدوائر المطبوعة نصف الجسر: مواصفات التصميم، قواعد التخطيط، ودليل استكشاف الأخطاء وإصلاحها

يتطلب تصميم لوحة دوائر مطبوعة نصف الجسر (Half Bridge PCB) قوية اهتمامًا صارمًا بالحث الطفيلي، والإدارة الحرارية، وعزل الجهد العالي. بصفته طوبولوجيا أساسية في إلكترونيات القدرة — المستخدمة في محولات DC-DC، ومشغلات المحركات، والعاكسات — فإن دائرة نصف الجسر لا تتسامح مع التصميم السيئ. يمكن أن يؤدي إغفال بسيط في حلقة قيادة البوابة أو حلقة القدرة إلى تيار اختراق كارثي، أو رنين مفرط، أو أعطال التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).

في APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة)، نقوم بتصنيع لوحات طاقة عالية الموثوقية للتطبيقات الصناعية والسيارات. يوفر هذا الدليل القواعد المحددة، وخطوات التنفيذ، وبروتوكولات استكشاف الأخطاء وإصلاحها اللازمة لنقل لوحة دوائر مطبوعة نصف الجسر من المخطط إلى الإنتاج الضخم.

إجابة سريعة عن لوحة الدوائر المطبوعة نصف الجسر (30 ثانية)

بالنسبة للمهندسين الذين يحتاجون إلى التحقق الفوري من التصميم، هذه هي النقاط الحرجة غير القابلة للتفاوض للوحة دوائر مطبوعة نصف الجسر وظيفية:

تقليل حث حلقة القدرة: يجب أن يكون المسار من الطرف الموجب لمكثف وصلة التيار المستمر، عبر MOSFET عالي الجانب، وMOSFET منخفض الجانب، والعودة إلى الطرف السالب للمكثف قصيرًا وواسعًا قدر الإمكان ماديًا لمنع ارتفاعات الجهد ($V = L \cdot di/dt$).
وضع مشغل البوابة: ضع الدائرة المتكاملة لمشغل البوابة (gate driver IC) في نطاق 10 مم من MOSFETs. يجب أن تسير مسار البوابة ومسار العودة (المصدر/الباعث) بشكل متوازٍ أو مكدس لتقليل مساحة الحلقة ومنع التشغيل الخاطئ.
أولوية مكثف التمهيد (Bootstrap Capacitor): بالنسبة للقيادة العلوية (high-side drive)، يجب وضع مكثف التمهيد مباشرة بجوار أطراف دائرة تشغيل السائق (driver IC pins) ($V_{B}$ و $V_{S}$) مع مسارات مباشرة ومنخفضة المعاوقة.
الممرات الحرارية (Thermal Vias) إلزامية: لا تعتمد فقط على النحاس السطحي للتبريد. استخدم شبكة من الممرات الحرارية (فتحة 0.3 مم، مسافة 0.6 مم) تحت الوسادات المكشوفة لـ MOSFETs لنقل الحرارة إلى الطبقات الداخلية أو السفلية.
أرضيات منفصلة: حافظ على أرضيات تناظرية (تحكم) وأرضيات طاقة مميزة، وقم بتوصيلها عند نقطة "نجمة" واحدة أو عبر وصلة شبكة (net-tie) بالقرب من المتحكم لمنع تيارات التبديل العالية من إفساد الإشارات المنطقية.
التحقق من وقت التعطيل (Dead Time): تأكد من أن وقت التعطيل في الأجهزة أو البرامج كافٍ (عادةً 100 نانو ثانية - 500 نانو ثانية حسب سرعة التبديل) لمنع التوصيل المزدوج (shoot-through) حيث يقوم كلا المفتاحين بالتوصيل في وقت واحد.

متى يتم تطبيق لوحة الدوائر المطبوعة بنصف جسر (ومتى لا يتم)

يعد فهم متى يجب استخدام طوبولوجيا نصف الجسر مقابل البدائل مثل طوبولوجيا الجسر الكامل أو المفتاح الفردي هو الخطوة الأولى في بنية النظام.

متى تستخدم لوحة الدوائر المطبوعة بنصف جسر:

تدفق تيار ثنائي الاتجاه: مطلوب لقيادة الأحمال الحثية مثل المحركات حيث يجب التحكم في التيار في كلا الاتجاهين (على الرغم من أنه غالبًا ما يتطلب جسرين نصفين للانعكاس الكامل) أو لمحولات buck المتزامنة.
متطلبات الكفاءة العالية: يقلل التقويم المتزامن (استبدال الصمام الثنائي ذي الجانب المنخفض بموسفت) في تكوين نصف الجسر بشكل كبير من خسائر التوصيل مقارنة بالبنى غير المتزامنة.
مضاعفة الجهد: في تطبيقات التيار المتردد-المستمر المحددة، يمكن تكوين نصف الجسر كمضاعف للجهد.
المحولات الرنانة: مثالي لمحولات LLC الرنانة المستخدمة في مصادر الطاقة عالية الكفاءة (مثل وحدات تزويد الطاقة للخوادم).
طاقة متوسطة حساسة للتكلفة: يوفر توازنًا بين الأداء وعدد المكونات لمستويات الطاقة التي تتراوح من 100 واط إلى 3 كيلوواط.

متى لا تستخدم لوحة PCB نصف الجسر:

طاقة منخفضة جدًا (<50W): غالبًا ما يكون محول flyback أو buck بسيط بمفتاح واحد أرخص وأسهل في التحكم.
طاقة عالية (>5kW): تُفضل عادةً لوحة PCB ذات الجسر الكامل (جسر H) لتقليل إجهاد التيار على المكونات الفردية والسماح باستراتيجيات تبديل ثلاثية المستويات.
رفع الجهد الشديد: قد توفر بنيات الدفع والسحب (push-pull) أو الجسر الكامل استخدامًا أفضل للمحول في تطبيقات رفع النسبة العالية.
تحكم بسيط في محرك التيار المستمر (أحادي الاتجاه): يكفي موسفت واحد وصمام ثنائي حر الحركة إذا لم يكن مطلوبًا عكس الاتجاه أو الكبح التجديدي.

قواعد ومواصفات لوحة PCB نصف الجسر (المعلمات والحدود الرئيسية)

يوضح الجدول التالي قواعد التصميم المحددة المطلوبة لضمان سلامة الإشارة وقدرة التعامل مع الطاقة. تستند هذه القيم إلى إرشادات IPC القياسية والخبرة العملية في إلكترونيات الطاقة.

القاعدة	القيمة/النطاق الموصى به	لماذا يهم	كيفية التحقق	إذا تم تجاهله
مساحة حلقة البوابة	< 20 mm²	تعمل الحلقات الكبيرة كهوائيات، تلتقط الضوضاء التي يمكن أن تؤدي إلى تشغيل خاطئ للموسفيت (تشغيل ميلر).	قياس المساحة في أداة تصميم CAD؛ الحفاظ على مسارات البوابة والعودة مكدسة.	تشغيل خاطئ، تيار عابر، تدمير الموسفيت.
حث حلقة الطاقة	< 10 nH	يسبب الحث العالي ارتفاعات كبيرة في الجهد ($V_{ds}$) أثناء التبديل، متجاوزًا تصنيفات الموسفيت.	محلل المجال ثلاثي الأبعاد أو اختبار النبض المزدوج.	انهيار انهياري، تداخل كهرومغناطيسي عالٍ، الحاجة إلى مخمدات كبيرة.
عرض المسار (الطاقة)	> 1mm لكل أمبير (1oz Cu)	يمنع التسخين المقاوم المفرط وانخفاض الجهد في مسار التيار الرئيسي.	حاسبة IPC-2152 أو محاكاة حرارية.	تفكك لوحة الدوائر المطبوعة، انصهار المسار، فقدان توصيل عالٍ.
مسافة الزحف	> 2.5mm (لـ 300V)	يمنع التقوس السطحي بين العقد عالية الجهد (مصرف الجانب العلوي) والمنطق منخفض الجهد.	جداول IPC-2221B القياسية بناءً على درجة التلوث.	تقوس، تفحم، فشل السلامة.
موضع مقاومة البوابة ($R_g$)	< 5 مم من البوابة	يخمد التذبذب عند المصدر. وضعها بعيدًا يجعل المسار حثيًا.	الفحص البصري للموضع.	رنين عالي التردد على البوابة، مشاكل التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
مسار مكثف التمهيد (Bootstrap Cap Trace)	> 20 ميل عرض، < 10 مم طول	يضمن الشحن السريع لبوابة الجانب العلوي؛ تتدفق تيارات ذروة عالية هنا.	مراجعة عرض وطول التوجيه.	تشغيل بطيء للجانب العلوي، زيادة فقدان التبديل.
وزن النحاس	2 أوقية (70 ميكرومتر) أو 3 أوقية	يقلل المقاومة ويحسن انتشار الحرارة الجانبي لأجهزة الطاقة.	حدد في ملاحظات التصنيع؛ تحقق من التراص.	ارتفاع درجة حرارة المكونات، عدم القدرة على التعامل مع تيارات الاندفاع.
خطوة الفتحات الحرارية (Thermal Via Pitch)	شبكة 1.0 مم - 1.2 مم	يحسن نقل الحرارة العمودي دون المساس بالسلامة الميكانيكية للوحة الدوائر المطبوعة (PCB).	فحص رسم الحفر.	امتصاص اللحام (إذا لم يكن مغطى/مملوءًا)، أداء حراري ضعيف.
مسافة مكثف الفصل (Decoupling Cap Distance)	< 3 مم من دبابيس الطاقة	يوفر تيارًا فوريًا للانتقالات التبديلية؛ يقلل من انخفاض الإمداد.	فحص الموضع البصري.	عدم استقرار VCC، سلوك غير منتظم للمشغل.
اتصال كلفن (Kelvin Connection)	إلزامي لاستشعار التيار	يضمن أن المتحكم يقيس انخفاض الجهد الفعلي عبر المقاومة التحويلية (shunt)، باستثناء مقاومة المسار.	تحقق من أن مسارات الاستشعار تتجه من وسادات المقاومة.	حدود تيار غير دقيقة، عدم استقرار حلقة التحكم.
عزل الجانب العالي	> 1500 فولت (إذا كان معزولاً)	يحمي منطق التحكم منخفض الجهد من عابرات ناقل الجهد العالي.	مراجعة مواصفات مكونات العزل وتشققات لوحة الدوائر المطبوعة.	فشل المتحكم أثناء أعطال الجهد العالي، خطر على السلامة.
حاجز قناع اللحام	> 4 ميل (0.1 مم)	يمنع جسور اللحام بين المسامير ذات الخطوة الدقيقة على دوائر تشغيل البوابة المتكاملة.	فحص DFM قبل التصنيع.	دوائر قصيرة أثناء التجميع (التجسير).

خطوات تنفيذ لوحة الدوائر المطبوعة نصف الجسر (نقاط تفتيش العملية)

تصميم لوحة دوائر مطبوعة نصف الجسر هو عملية متسلسلة. غالبًا ما يؤدي تخطي الخطوات إلى مراجعات في التخطيط. اتبع سير العمل هذا لضمان النجاح من المحاولة الأولى.

1. تصميم المخطط واختيار المكونات

الإجراء: اختر MOSFETs/IGBTs ذات تصنيفات جهد مناسبة (عادةً 1.5 ضعف جهد الناقل) ومشغلات بوابة ذات قدرة تيار ذروة كافية.
المعلمة الرئيسية: شحنة البوابة ($Q_g$) وتيار مصدر/مصباح المشغل.
فحص القبول: تؤكد المحاكاة أن أوقات التبديل ضمن الهدف (على سبيل المثال، < 100 نانوثانية) وأن تبديد الحرارة يمكن التحكم فيه.

2. تعريف ترتيب الطبقات

الإجراء: حدد ترتيب الطبقات. بالنسبة للوحات الطاقة، غالبًا ما تكون اللوحة ذات 4 طبقات هي الحد الأدنى للسماح بمستويات أرضية مخصصة وتدريع.
المعلمة الرئيسية: سمك النحاس (على سبيل المثال، 2 أوقية خارجية / 1 أوقية داخلية).
فحص القبول: تم تأكيد قدرات لوحة الدوائر المطبوعة النحاسية السميكة مع الشركة المصنعة.

3. وضع المكونات (الخطوة الحاسمة)

الإجراء: ضع أولاً ترانزستورات MOSFETs العالية والمنخفضة الجانب ومكثف ربط التيار المستمر (DC Link). تشكل هذه المكونات الثلاثة حلقة الطاقة الحرجة.
المعلمة الرئيسية: يجب تقليل مساحة الحلقة.
فحص القبول: المكونات قريبة ماديًا قدر الإمكان حسب سماحيات التصنيع.

4. توجيه محرك البوابة (Gate Drive Routing)

الإجراء: وجه مسارات محرك البوابة كأزواج تفاضلية (البوابة والعودة من المصدر/الباعث). لا تستخدم مستوى الأرض الرئيسي كمسار عودة لمحرك البوابة؛ استخدم مسارًا مخصصًا لدبوس المصدر.
المعلمة الرئيسية: طول المسار < 20 مم بشكل مثالي.
فحص القبول: لا توجد فتحات (vias) في مسار محرك البوابة إن أمكن؛ إذا لزم الأمر، استخدم فتحات متعددة لتقليل الحث.

5. توجيه مسار الطاقة (Power Path Routing)

الإجراء: وجه مسارات التيار العالي باستخدام المضلعات (pours) بدلاً من المسارات الرفيعة. استخدم طبقات متعددة متصلة بفتحات (vias) للحصول على أقصى سعة تيار.
المعلمة الرئيسية: كثافة التيار < 30 أمبير/مم².
فحص القبول: تحقق من مسافات الزحف (creepage distances) بين العقد عالية الجهد (المصرف/Drain) والمناطق منخفضة الجهد.

6. مستوى الأرض والإدارة الحرارية (Ground Plane and Thermal Management)

الإجراء: صب مستويات الأرض على الطبقات الداخلية. ضع فتحات حرارية (thermal vias) تحت المكونات الساخنة. افصل أرض الطاقة (PGND) وأرض التناظرية (AGND).
المعلمة الرئيسية: المقاومة الحرارية ($R_{\theta JA}$).
فحص القبول: تم تطبيق تقنيات لوحات الدوائر المطبوعة عالية التوصيل الحراري؛ يربط الربط الشبكي (net-tie) بين AGND و PGND في نقطة واحدة فقط. 7. تطبيق دائرة الحماية
الإجراء: ضع دوائر المخمد (RC أو RCD) عبر MOSFETs إذا كانت المحاكاة تتنبأ بالرنين. ضع صمامات TVS الثنائية على خطوط التغذية.
المعلمة الرئيسية: مساحة حلقة المخمد (يجب أن تكون صغيرة جدًا).
فحص القبول: المخمدات قريبة من أطراف التصريف/المصدر.

8. التحقق من DFM و DRC

الإجراء: قم بإجراء فحوصات قواعد التصميم (DRC) للجهد العالي (الخلوص) وقيود التصنيع (أدنى مسار/مسافة).
المعلمة الرئيسية: الامتثال لمعيار IPC الفئة 2 أو 3.
فحص القبول: لا توجد أخطاء DRC؛ تم إنشاء ملفات Gerber.

استكشاف أخطاء لوحة الدوائر المطبوعة للنصف جسر (أنماط الفشل والإصلاحات)

حتى مع التصميم الجيد، قد تنشأ مشكلات أثناء الاختبار. استخدم هذا الدليل لتشخيص أعطال لوحة الدوائر المطبوعة للنصف جسر الشائعة.

1. العرض: فشل MOSFET الفوري (انفجار/قصر)

السبب الجذري: التوصيل المتقاطع (كلا المفتاحين في وضع التشغيل) أو انهيار الجهد بسبب ارتفاع حثي مفاجئ.
التحقق: تحقق من إعدادات وقت التعطيل (Dead Time). تحقق من حث حلقة الطاقة باستخدام اختبار النبضة المزدوجة.
الإصلاح: زيادة وقت التعطيل. إضافة دائرة مخمد. تحسين التخطيط لتقليل مساحة الحلقة.
الوقاية: استخدم مشغلات البوابة (Gate Drivers) ذات وقت تعطيل مدمج وحماية من التوصيل المتقاطع.

2. العرض: رنين مفرط على عقدة التبديل

السبب الجذري: الحث الطفيلي ($L$) والسعة الناتجة ($C_{oss}$) يشكلان دائرة رنين.
التحقق: قم بقياس تردد الرنين باستخدام راسم الذبذبات (استخدم مسبار أرضي زنبركي، وليس سلك توصيل).
الإصلاح: ضبط مقاومة البوابة ($R_g$) لإبطاء التبديل (يزيد من الخسارة ولكنه يقلل من الرنين). أضف مخمد RC.
الوقاية: تصميم أكثر إحكامًا لمكثف وصلة التيار المستمر إلى MOSFETs.

3. العرض: مشغل الجانب العلوي لا يعمل

السبب الجذري: مكثف التمهيد غير مشحون بالكامل أو فشل صمام التمهيد الثنائي.
التحقق: افحص الجهد عبر مكثف التمهيد. يجب أن يبقى فوق عتبة UVLO (قفل الجهد المنخفض).
الإصلاح: زيادة قيمة مكثف التمهيد. تأكد من أن دورة عمل PWM تسمح للمفتاح الجانبي المنخفض بالبقاء في وضع التشغيل لفترة كافية لإعادة شحن المكثف.
الوقاية: استخدم مصدر طاقة معزول مخصص لمشغل الجانب العلوي بدلاً من التمهيد لتطبيقات دورة العمل العالية.

4. العرض: إعادة تعيينات منطقية عشوائية أو أخطاء

السبب الجذري: ارتداد الأرضي أو اقتران التداخل الكهرومغناطيسي من مرحلة الطاقة إلى منطق التحكم.
التحقق: افحص وصلة الأرضي بين المتحكم ومرحلة الطاقة. ابحث عن مسارات عيار مشتركة.
الإصلاح: اعزل دائرة التحكم باستخدام عازل رقمي أو مقترن ضوئي. استخدم طوبولوجيا أرضية نجمية.
الوقاية: فصل صارم بين AGND و PGND في مرحلة التصميم.

5. العرض: ارتفاع درجة حرارة MOSFET (الحالة المستقرة)

السبب الجذري: مقاومة $R_{DS(on)}$ عالية (فقد التوصيل) أو عدم كفاية التبريد الحراري.
التحقق: تحقق من أن جهد البوابة ($V_{gs}$) يقود MOSFET بالكامل (على سبيل المثال، 10 فولت أو 12 فولت، وليس 5 فولت إلا إذا كان مستوى منطقيًا). تحقق من استمرارية الفتحات الحرارية.
إصلاح: زيادة وزن النحاس. إضافة مشتت حراري. استخدام MOSFET بمقاومة $R_{DS(on)}$ أقل.
وقاية: محاكاة حرارية أثناء التصميم؛ استخدام لوحات الدوائر المطبوعة ذات القلب المعدني للتصاميم عالية القدرة.

6. العرض: تذبذب البوابة (Gate Oscillation)

السبب الجذري: حث عالٍ في حلقة قيادة البوابة يسبب الرنين.
تحقق: ابحث عن مسارات بوابة طويلة أو عدم وجود مقاومة بوابة.
إصلاح: انقل مقاومة البوابة أقرب إلى MOSFET. أضف خرزة فيرايت على ساق البوابة.
وقاية: حافظ على مسارات قيادة البوابة قصيرة وعريضة؛ مررها فوق مستوى أرضي.

كيفية اختيار لوحة PCB نصف جسر (قرارات التصميم والمقايضات)

عند تحديد بنية نظام الطاقة، غالبًا ما يقع الاختيار بين نصف جسر مقابل جسر كامل أو طوبولوجيات أخرى.

لوحة PCB نصف جسر مقابل جسر كامل:

عدد المكونات: يستخدم نصف الجسر مفتاحين؛ ويستخدم الجسر الكامل 4 مفاتيح. نصف الجسر أرخص وأصغر ولكنه يتعامل مع نصف تأرجح الجهد عبر الحمل مقارنة بالجسر الكامل (لنفس جهد الناقل).
تعقيد التحكم: يتطلب نصف الجسر PWM تكميليًا مع وقت ميت. يتطلب الجسر الكامل تعديلًا أكثر تعقيدًا (ثنائي القطب أو أحادي القطب) ومزامنة أربعة مفاتيح.
معالجة الطاقة: يُفضل الجسر الكامل للطاقة الأعلى لأنه يمكنه استخدام جهد الناقل الكامل وتوزيع الحرارة عبر المزيد من الأجهزة. نصف الجسر هو المعيار لإمدادات الطاقة AC-DC (LLC) ومحركات المحركات ذات الجهد المنخفض. مكونات منفصلة مقابل وحدات (IPM):
التصميم المنفصل: يتيح استخدام MOSFETs والمشغلات الفردية على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) تحسينًا مخصصًا للأداء الحراري والكهربائي. وعادة ما يكون أقل تكلفة في الإنتاج بكميات كبيرة ولكنه يتطلب تصميمًا أكثر تعقيدًا للوحة الدوائر المطبوعة.
وحدات الطاقة الذكية (IPM): تدمج هذه الوحدات الجسر النصفي والمشغل في حزمة واحدة. إنها تبسط تصميم لوحة الدوائر المطبوعة بشكل كبير ولكنها أغلى وتوفر مرونة أقل في إدارة الحرارة.

اختيار المواد:

FR4: قياسي لمعظم التطبيقات < 1 كيلوواط. يوصى باستخدام FR4 عالي Tg لدرجات الحرارة الأعلى.
قلب معدني (MCPCB): ضروري لكثافة الطاقة العالية حيث لا يمكن إدارة الحرارة بواسطة الفتحات (vias) وحدها. شائع في تصميمات لوحات الدوائر المطبوعة لشواحن التيار المتردد.
السيراميك: يستخدم للبيئات القاسية أو متطلبات العزل عالي الجهد.

أسئلة متكررة حول لوحات الدوائر المطبوعة للجسر النصفي (التكلفة، المهلة الزمنية، العيوب الشائعة، معايير القبول، ملفات DFM)

1. ما هي العوامل التي تحدد تكلفة لوحة الدوائر المطبوعة للجسر النصفي؟ العوامل الرئيسية التي تحدد التكلفة هي وزن النحاس (النحاس الثقيل 3 أوقية+ يزيد من وقت الحفر والتكلفة)، وعدد الطبقات (4 طبقات قياسية للطاقة، ولكن 6 طبقات تزيد التكلفة)، ونوع المادة (Tg عالي أو قلب معدني). بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤدي متطلبات التسامح الصارمة للتحكم في المعاوقة أو التباعد عالي الجهد إلى زيادة طفيفة في تكاليف التصنيع.

2. ما هي المهلة الزمنية القياسية لتصنيع لوحات الدوائر المطبوعة للجسر النصفي؟ بالنسبة للنماذج الأولية القياسية FR4 (2-4 طبقات)، تقوم APTPCB عادةً بالتسليم في غضون 24-72 ساعة. أما بالنسبة للوحات الدوائر المطبوعة ذات النحاس الثقيل (>3 أوقية) أو ذات القلب المعدني، فإن المهلة الزمنية عادة ما تكون 5-7 أيام بسبب عمليات التصفيح والطلاء المتخصصة المطلوبة.

3. كيف أحدد معايير القبول للوحات الدوائر المطبوعة ذات الجسر النصفي عالية الجهد؟ يجب عليك تحديد IPC-6012 الفئة 2 (قياسي) أو الفئة 3 (موثوقية عالية/للسيارات). والأهم من ذلك، اطلب اختبار Hi-Pot (الجهد العالي) للتحقق من قوة العزل الكهربائي بين أقسام الجهد العالي والجهد المنخفض. كما يجب تحديد اختبار كهربائي بنسبة 100% (قائمة الشبكة) لضمان عدم وجود دوائر قصيرة في حلقات الطاقة.

4. هل يمكنني استخدام FR4 القياسي لتصميم جسر نصفي بقدرة 2 كيلو وات؟ نعم، ولكن الإدارة الحرارية تصبح هي العائق. ستحتاج على الأرجح إلى نحاس بوزن 2 أوقية أو 3 أوقية، وعدد كبير من الفتحات الحرارية، وربما مبدد حراري خارجي مثبت على لوحة الدوائر المطبوعة. بالنسبة لكثافات الطاقة الأعلى، غالبًا ما يكون التحول إلى مادة أساسها الألومنيوم أو النحاس (IMS) أكثر موثوقية من دفع FR4 إلى حدوده الحرارية.

5. ما هي الملفات المطلوبة لمراجعة DFM للوحة دوائر مطبوعة ذات جسر نصفي؟ أرسل ملفات Gerber (RS-274X)، وملف حفر، وقائمة شبكة IPC-356. والأهم من ذلك، قم بتضمين رسم تصنيع يحدد وزن النحاس، وتراص الطبقات، وأي متطلبات خاصة مثل "الملء والتغطية" للفتحات الحرارية. اذكر جهد التشغيل حتى يتمكن مهندسونا من التحقق من مسافات الزحف.

6. لماذا تفشل لوحة الدوائر المطبوعة ذات الجسر النصفي الخاصة بي في اختبار EMI؟ الأسباب الشائعة هي حلقات التبديل الكبيرة (مساحة حلقة الطاقة)، وdV/dt السريع (التبديل بسرعة كبيرة)، أو التأريض الضعيف. إذا لم يكن المشتت الحراري مؤرضًا، فيمكن أن يعمل كهوائي. تأكد من أن عقدة التبديل (الاتصال بين اثنين من MOSFETs) صغيرة قدر الإمكان، لأن هذا هو الجزء الأكثر إزعاجًا في الدائرة.

7. كيف يؤثر "وقت التعطيل" على تصميم لوحة الدوائر المطبوعة؟ بينما وقت التعطيل هو معلمة توقيت، فإن التصميم يؤثر عليه. إذا كانت مسارات قيادة البوابة غير متماثلة (أحدها أطول بكثير من الآخر)، فإن تأخير الانتشار يختلف، مما يقلل فعليًا من وقت التعطيل المبرمج لديك. تأكد من أن مسارات قيادة البوابة العلوية والسفلية متطابقة الطول في حدود 1-2 مم.

8. ما هو أفضل انتهاء سطحي للوحات الدوائر المطبوعة نصف الجسر؟ يُفضل ENIG (النيكل الكيميائي بالذهب الغاطس) للوسادات المسطحة، مما يساعد في التحديد الدقيق لأجهزة الطاقة المثبتة على السطح. HASL مقبول للمكونات ذات الثقوب، ولكنه قد يكون غير متساوٍ لمشغلات البوابة ذات الخطوة الدقيقة. بالنسبة للتيارات العالية جدًا، تُستخدم أحيانًا الفضة الغاطسة لتوصيليتها، على الرغم من أنها تتطلب معالجة دقيقة.

9. كيف أتعامل مع "عقدة التبديل" في التصميم؟ تتأرجح عقدة التبديل (VS/SW) من الأرض إلى جهد الناقل بتردد عالٍ. إنها مصدر ضوضاء هائل. يجب أن تكون كبيرة بما يكفي للتعامل مع التيار ولكن صغيرة بما يكفي لتقليل الاقتران السعوي بالطبقات الأخرى. لا تمدد نحاس عقدة التبديل تحت الدوائر التناظرية الحساسة.

10. هل يجب أن أستخدم مستوى أرضي واحد أم أرضيات مقسمة؟ لتصاميم الجسر النصفي، غالبًا ما يكون مستوى أرضي صلب واحد هو الأفضل إذا قمت بوضع المكونات بعناية بحيث لا تتدفق تيارات الطاقة العالية عبر قسم التحكم التناظري. إذا قمت بتقسيم الأرضيات (AGND و PGND)، فيجب عليك توصيلها في نقطة واحدة (أرضي نجمي) بالقرب من دائرة التحكم المتكاملة لتجنب حلقات الأرضي.

11. ما الفرق بين الجسر النصفي ولوحة PCB لشاحن التيار المتردد؟ تحتوي لوحة PCB لشاحن التيار المتردد (للسيارات الكهربائية) عادةً على مرحلة نصف جسر أو جسر كامل لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر وتصحيح عامل القدرة (PFC). "الجسر النصفي" هو الطوبولوجيا على اللوحة. تتمتع لوحات PCB لشواحن التيار المتردد بمتطلبات سلامة أكثر صرامة (معايير UL/IEC) فيما يتعلق بالعزل، تيار التسرب، ومسافة الزحف مقارنة بمشغل محرك عام.

12. كيف أقوم باختبار نموذج أولي للوحة PCB ذات الجسر النصفي بأمان؟ ابدأ بـ جهد منخفض (مثل 24 فولت) ومصدر طاقة محدود التيار. تحقق من إشارات البوابة والوقت الميت قبل تطبيق الجهد العالي. استخدم مسبارًا تفاضليًا للقياسات الجانبية العالية. لا تقم أبدًا بفحص بوابة الجانب العالي بمسبار سلبي قياسي مؤرض، لأن ذلك سيؤدي إلى قصر الدائرة.

موارد لوحة PCB ذات الجسر النصفي (صفحات وأدوات ذات صلة)

لدعم عملية التصميم الخاصة بك، توفر APTPCB خدمات تصنيع متخصصة وموارد تقنية:

تصنيع لوحات PCB النحاسية الثقيلة: ضرورية للتعامل مع التيارات العالية النموذجية في مراحل الطاقة ذات الجسر النصفي.
Metal Core PCB (MCPCB): الحل المفضل لإدارة الحرارة في إلكترونيات الطاقة عالية الكثافة.
Turnkey PCB Assembly: خدمات تجميع كاملة بما في ذلك توريد MOSFETs الطاقة والمشغلات.
DFM Guidelines: قواعد مفصلة لضمان قابلية تصنيع تصميم الطاقة الخاص بك.
Impedance Calculator: تحقق من عروض المسارات الخاصة بك ومعلمات التراص.

مسرد لوحات الدوائر المطبوعة بنصف الجسر (مصطلحات رئيسية)

المصطلح	التعريف	السياق في نصف الجسر
التوصيل المباشر (Shoot-Through)	حالة يكون فيها كل من مفتاحي الجانب العلوي والجانب السفلي في وضع التشغيل (ON) في نفس الوقت، مما يسبب دائرة قصر.	وضع الفشل الأساسي الذي يجب تجنبه عبر وقت التعطيل.
وقت التعطيل (Dead Time)	الفترة القصيرة التي يكون فيها كلا المفتاحين في وضع الإيقاف (OFF) أثناء الانتقال.	يمنع التوصيل المباشر؛ عادةً 100 نانو ثانية – 500 نانو ثانية.
دائرة Bootstrap	دائرة تستخدم صمامًا ثنائيًا ومكثفًا لتوليد مصدر طاقة عائم لمشغل الجانب العلوي.	تسمح باستخدام MOSFET بقناة N في الجانب العلوي.
هضبة ميلر (Miller Plateau)	المنطقة في منحنى شحن البوابة حيث يظل الجهد ثابتًا أثناء تبديل MOSFET.	تحدد التيار المطلوب من مشغل البوابة.
dV/dt	معدل تغير الجهد بمرور الوقت.	يتسبب dV/dt العالي في حدوث ضوضاء ويمكن أن يؤدي إلى قفل المشغلات؛ بينما يزيد dV/dt المنخفض من فقد التبديل.
الحث الطفيلي	حث غير مرغوب فيه متأصل في مسارات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) وأطراف المكونات.	يسبب ارتفاعات في الجهد ($V=L \cdot di/dt$) أثناء التبديل.
مخمد	دائرة (عادة R-C أو R-C-D) تعمل على قمع ارتفاعات الجهد والرنين.	توضع عبر مصفاة-مصدر MOSFET لحمايته.
حلقة البوابة	مسار التيار من خرج المشغل، إلى البوابة، والعودة إلى أرضي/مصدر المشغل.	يجب تقليلها لمنع التذبذب والتشغيل الخاطئ.
وصلة كلفن	طريقة توصيل بأربعة أسلاك تستخدم لاستشعار الجهد بدقة.	تستخدم لمقاومات استشعار التيار للقضاء على أخطاء مقاومة المسار.
مشغل الجانب العلوي	مشغل قادر على تشغيل MOSFET يكون مصدره عائمًا (غير مؤرض).	يتطلب تحويل المستوى ومصدر طاقة عائم (bootstrap).
PWM (تعديل عرض النبضة)	تقنية تعديل تستخدم للتحكم في متوسط الطاقة الموردة للحمل.	إشارة التحكم التي يتم تغذيتها إلى مشغل البوابة.
حلقة التبديل	حلقة التيار عالية التردد التي تتكون من مكثف التيار المستمر والمفتاحين.	الحلقة الأكثر أهمية في التصميم؛ تحدد أداء التوافق الكهرومغناطيسي (EMI).

طلب عرض سعر للوحة PCB نصف جسر

هل أنت مستعد لتصنيع تصميم الطاقة الخاص بك؟ تقدم APTPCB مراجعات DFM متخصصة لإلكترونيات الطاقة لاكتشاف مشكلات التخطيط قبل أن تتحول إلى أعطال مكلفة.

ما يجب إرساله للحصول على عرض أسعار دقيق:

ملفات Gerber: بتنسيق RS-274X.
تفاصيل الطبقات (Stackup): حدد وزن النحاس (مثل 2 أوقية، 3 أوقية) والمادة (FR4 TG170، الألومنيوم).
رسم التصنيع: سلط الضوء على مناطق التسرب الحرجة أو متطلبات الفتحات الحرارية (thermal vias).
معلومات التجميع: إذا كنت بحاجة إلى PCBA، قم بتضمين قائمة المواد (BOM) مع أرقام الأجزاء الخاصة بـ MOSFETs و Drivers.

اطلب عرض أسعار اليوم واحصل على تقرير DFM شامل بالإضافة إلى أسعارك.

الخلاصة: الخطوات التالية للوحات الدوائر المطبوعة بنصف جسر (Half Bridge PCB)

يتطلب النشر الناجح للوحة Half Bridge PCB أكثر من مجرد توصيل المكونات؛ فهو يتطلب نهجًا منضبطًا للتخطيط، والإدارة الحرارية، وتقليل الطفيليات. من خلال الالتزام بقواعد صارمة فيما يتعلق بمحاثة الحلقة، وموضع مشغل البوابة، والعزل، يمكنك بناء مراحل طاقة تتسم بالكفاءة والموثوقية. سواء كنت تقوم بإنشاء نموذج أولي لوحدة تحكم في المحرك أو توسيع نطاق لوحة شاحن تيار متردد (AC Charger PCB) للإنتاج الضخم، فإن APTPCB مجهزة للتعامل مع متطلبات النحاس الثقيل والمتطلبات الحرارية لتصاميمك عالية الطاقة.