CCS Combo PCB

La rápida expansión de la infraestructura de vehículos eléctricos (VE) depende en gran medida de estándares de conexión robustos, específicamente del Sistema de Carga Combinada (CCS). En el corazón de cada estación de carga y de la interfaz a bordo del vehículo se encuentra la CCS Combo PCB. Esta placa de circuito no es meramente un conector pasivo; es un centro de control complejo responsable de gestionar la transferencia de energía de alto voltaje, los enclavamientos de seguridad y el crucial "handshake" de comunicación entre el vehículo y la red.

Para los ingenieros y gerentes de adquisiciones en APTPCB (APTPCB PCB Factory), comprender los matices de esta placa es esencial. A diferencia de una placa electrónica de consumo estándar, una CCS Combo PCB debe soportar ciclos térmicos extremos, altos voltajes de hasta 1000V y rigurosos estándares de fiabilidad automotriz. Esta guía cubre todo el ciclo de vida de estas placas, desde la selección inicial de materiales hasta la validación final, asegurando que sus proyectos de carga de VE cumplan con los puntos de referencia globales de seguridad y rendimiento.

Puntos Clave

Definición: Una CCS Combo PCB gestiona la interfaz física y el protocolo de comunicación (ISO 15118) para la carga rápida de CC y la carga de CA dentro de una única huella.
Métrica Crítica: El Índice de Seguimiento Comparativo (CTI) del laminado es vital; típicamente debe exceder los 600V para prevenir la formación de arcos bajo alto voltaje.
Gestión Térmica: El cobre pesado (3oz+) y las vías térmicas son innegociables para las variantes de carga rápida de CC para manejar corrientes que superan los 200A.
Integridad de la señal: El control de impedancia es necesario para las líneas de comunicación por línea eléctrica (PLC) para asegurar que el vehículo y el cargador "hablen" correctamente.
Validación: La inspección óptica automatizada (AOI) es insuficiente; las pruebas de alto potencial (Hi-Pot) son obligatorias para verificar el aislamiento.
Concepto erróneo: No todas las placas CCS son iguales; el diseño de una PCB Tipo 1 (EE. UU.) difiere significativamente de un diseño Tipo 2 (UE) en la configuración de los pines.
Consejo: Involucre a su fabricante temprano para equilibrar el grosor del cobre con los requisitos mínimos de espaciado de las pistas.

Sistema de Carga Combinada (CCS) Combo (alcance y límites)

Basándonos en los puntos clave, es importante definir exactamente qué entra dentro del alcance de una PCB CCS Combo. El "Combo" en CCS significa la combinación de pines de carga de CA y CC en una sola entrada. En consecuencia, la PCB que soporta este sistema debe manejar dos dominios distintos: el dominio de lógica/comunicación y el dominio de alta potencia.

En el contexto de la fabricación, este término generalmente se refiere a dos tipos específicos de placas. Primero, se refiere al Controlador EVSE (Equipo de Suministro de Vehículos Eléctricos), que se encuentra dentro de la estación de carga. Esta placa interpreta las señales piloto y gestiona los contactores. Segundo, se refiere a la PCB de entrada (Inlet PCB) ubicada en el lado del vehículo o en la pistola del conector, que enruta físicamente los pines de alta corriente al sistema de gestión de la batería o a la PCB del convertidor AC-DC. La complejidad surge porque estas placas deben integrar señales de comunicación de baja tensión (Control Pilot y Proximity Pilot) junto con rieles de CC de alta tensión. Esto requiere una estricta adhesión a las reglas de distancias de fuga y distancias en el aire definidas por la norma IEC 60664. A diferencia de una PCB de cargador de CA estándar que solo gestiona niveles de potencia más bajos, la variante CCS debe soportar el estrés de la carga rápida de CC, a menudo alcanzando 350kW o más.

Sistema de Carga Combinada (CCS) Combo (cómo evaluar la calidad)

Métricas importantes para las PCB CCS Combo (cómo evaluar la calidad)

Comprender la definición ayuda, pero para fabricar una placa fiable, debe cuantificar la calidad utilizando métricas específicas. Las aplicaciones de alta tensión exigen materiales y tolerancias que superan los requisitos estándar de la Clase 2 de IPC.

La siguiente tabla describe los parámetros críticos que debe especificar al solicitar estas placas a APTPCB.

Métrica	Por qué es importante	Rango típico o factores influyentes	Cómo medir
CTI (Índice Comparativo de Seguimiento)	Evita la ruptura eléctrica (seguimiento) a través de la superficie bajo tensión.	PLC 0 (≥600V) es estándar para circuitos de alta tensión de vehículos eléctricos.	Método de prueba IEC 60112.
Peso del cobre	Determina la capacidad de transporte de corriente y la disipación térmica.	3oz a 6oz (105µm - 210µm) para rutas de potencia; 1oz para lógica.	Análisis de microsección.
Tg (Temperatura de transición vítrea)	Asegura que la placa no se ablande ni se delamine durante el estrés térmico.	Se recomienda una Tg alta (≥170°C) para la fiabilidad automotriz.	DSC (Calorimetría diferencial de barrido).
Tensión de ruptura dieléctrica	Mide la resistencia de aislamiento del material del sustrato.	Se prefiere >40kV/mm para prevenir arcos internos.	Pruebas Hi-Pot (resistencia dieléctrica).
Control de impedancia	Esencial para la estabilidad de la señal de comunicación PLC (Green PHY).	50Ω o 100Ω diferencial ±10%.	TDR (Reflectometría en el dominio del tiempo).
Red de máscara de soldadura	Evita puentes de soldadura entre pines de paso fino y pads de alto voltaje.	Mín. 4 mil (0,1 mm); depende del espesor del cobre.	AOI o inspección visual.
Resistencia al CAF	Previene el crecimiento de filamentos anódicos conductivos (CAF) con el tiempo en ambientes húmedos.	Debe ser un laminado de grado Anti-CAF.	Pruebas de temperatura-humedad-polarización (THB).

Sistema de Carga Combinada (CCS) Combo: guía de selección por escenario (compromisos)

Una vez que comprenda las métricas, el siguiente paso es seleccionar la arquitectura de placa adecuada para su aplicación específica. No todos los cargadores necesitan una placa de cobre pesado, y una especificación excesiva aumenta los costos innecesariamente.

Aquí se explica cómo elegir la configuración correcta de PCB CCS Combo basándose en seis escenarios de implementación comunes.

1. Wallbox AC doméstico (Nivel 2)

Requisito: Carga de CA de 7kW a 22kW.
Recomendación: FR4 estándar, Tg 150°C, cobre de 2oz.
Compensación: Menor costo, pero margen térmico limitado. No apto para actualizaciones de carga rápida de CC.
Enfoque: Eficiencia de costos y diseño compacto.

2. Cargador rápido de CC público (50kW)

Requisito: Carga de CC moderada, a menudo se encuentra en centros urbanos.
Recomendación: FR4 de alta Tg (170°C), cobre de 3oz, tecnología de cobre pesado parcial.
Compensación: Mayor costo que las placas de CA. Requiere una simulación térmica cuidadosa.
Enfoque: Equilibrio entre la gestión térmica y el tamaño de la placa.

3. Estación HPC ultrarrápida (350kW - Refrigerada por líquido)

Requisito: Suministro de energía extremo para carga en carretera.
Recomendación: PCB de cobre pesado (4oz-6oz) o PCB de núcleo metálico (MCPCB) para módulos de potencia específicos.
Compensación: Costo de fabricación muy alto y plazos de entrega más largos. Montaje complejo.
Enfoque: Máxima disipación de calor y capacidad de corriente.

4. Interfaz del cargador a bordo (OBC)

Requisito: El PCB de entrada del lado del vehículo que se conecta a la batería.
Recomendación: Materiales de grado automotriz (compatibles con IATF 16949), laminado anti-CAF.
Compensación: Los requisitos de validación estrictos aumentan el tiempo de desarrollo.
Enfoque: Resistencia a las vibraciones y fiabilidad a largo plazo (más de 10 años).

5. EVSE portátil (cargador de emergencia)

Requisito: Unidad de carga robusta y móvil.
Recomendación: PCB rígido-flexible para encajar en mangos compactos y ergonómicos.
Compromiso: Mayor precio unitario debido a los materiales flexibles, pero mejora la durabilidad y el embalaje.
Enfoque: Flexibilidad mecánica y resistencia a los golpes.

6. Sistema bidireccional V2G (Vehicle-to-Grid)

Requisito: La energía fluye tanto hacia como desde el vehículo.
Recomendación: Apilamiento multicapa complejo (6-8 capas) para manejar lógica compleja y conmutación de potencia.
Compromiso: La integridad de la señal se vuelve desafiante debido al ruido de conmutación.
Enfoque: Blindaje EMI y control preciso de la impedancia.

Sistema de Carga Combinada (CCS) Combo (del diseño a la fabricación)

Puntos de control de implementación de PCB CCS Combo (del diseño a la fabricación)

Después de seleccionar el enfoque correcto, se pasa a la fase de ejecución. La fabricación de una PCB CCS Combo requiere un proceso disciplinado para evitar costosos eventos de desecho.

Utilice esta lista de verificación para guiar su proyecto desde los archivos de diseño hasta el producto final.

Validación del esquema: Verifique que los circuitos de Piloto de control (CP) y Piloto de proximidad (PP) estén aislados de las líneas de CC de alta tensión.
Selección de materiales: Confirme que la hoja de datos del laminado indique explícitamente CTI ≥ 600V y que sea Anti-CAF. No confíe en las especificaciones genéricas "FR4".
Diseño del apilamiento: Para altas corrientes, coloque los planos de potencia en capas internas con suficiente peso de cobre, pero asegúrese de que el espesor del preimpregnado sea adecuado para el aislamiento dieléctrico.
Verificación de holguras: Realice una verificación DFM específicamente para alta tensión. Asegúrese de que las distancias de fuga cumplan con las normas IEC 60664 (a menudo >8mm para ciertas clases de tensión).
Estrategia de perforación: Si utiliza cobre pesado, asegúrese de que el tamaño de la broca tenga en cuenta el chapado más grueso requerido en el barril. La relación de aspecto debe mantenerse conservadora (por debajo de 8:1).
Compensación de grabado: El cobre pesado requiere una compensación de grabado significativa. Diseñe las pistas ligeramente más anchas en el archivo CAD para tener en cuenta el material eliminado durante el grabado.
Aplicación de la máscara de soldadura: Utilice múltiples capas de máscara de soldadura o tintas específicas de taponamiento de vías de alta tensión para asegurar que no existan vacíos que puedan provocar arcos eléctricos.
Acabado superficial: El níquel químico de inmersión en oro (ENIG) es preferido para pads planos y resistencia a la corrosión, especialmente para los pines de comunicación.
Pruebas eléctricas (E-Test): Especifique un voltaje más alto para la prueba de netlist que para las placas estándar. El estándar suele ser de 100V; para CCS, solicite 250V o más si es posible para las pruebas de aislamiento.
Auditoría de calidad final: Realice una inspección visual del 100% para detectar rebabas de cobre o cortocircuitos potenciales, que son catastróficos en entornos de alta tensión.

Sistema de Carga Combinada (CCS) Combo (y el enfoque correcto)

Incluso con una lista de verificación, pueden ocurrir errores. Las demandas únicas de la PCB CCS Combo a menudo ponen en aprietos a los diseñadores acostumbrados a la electrónica de baja tensión.

1. Ignorar las distancias de fuga y de aislamiento

Error: Usar reglas de espaciado estándar de 5 mil en una placa que transporta 400V+.
Corrección: Utilice una calculadora basada en los estándares IEC. Es posible que necesite ranuras (eliminación de material de PCB) entre las almohadillas de alto voltaje para aumentar eficazmente la distancia de fuga sin aumentar el tamaño de la placa.

2. Subestimación del aumento térmico

Error: Asumir que una calculadora estándar de ancho de traza se aplica a una pistola de carga cerrada y sin ventilación.
Corrección: Utilice los principios de diseño de PCB de alta conductividad térmica. Simule el aumento de temperatura asumiendo la peor temperatura ambiente (a menudo 50 °C dentro de una estación de carga).

3. Enrutamiento deficiente de la señal PLC

Error: Enrutar las líneas de comunicación (CP/PP) paralelas a las líneas de conmutación de CC de alto voltaje.
Corrección: Enrute los pares diferenciales lejos de los planos de potencia. Utilice blindaje a tierra o trazas de guarda para proteger la integridad del handshake de comunicación.

4. Especificación incorrecta del grosor del cobre

Error: Especificar cobre de 1 oz y depender de la soldadura para transportar la corriente.
Corrección: Especifique cobre base de 3 oz o 4 oz. La soldadura tiene una resistencia mucho mayor que el cobre y no debe ser el portador de corriente principal para rutas de alto amperaje.

5. Negligencia de la protección ambiental

Error: Dejar la PCB expuesta sin recubrimiento conforme.
Corrección: Los cargadores de vehículos eléctricos son equipos para exteriores. Aplique un recubrimiento conforme de silicona o acrílico para proteger contra la humedad y el polvo.

6. Capacidad de vía inadecuada

Error: Usar una única vía estándar para una trayectoria de corriente de 10A.
Corrección: Utilice matrices de vías (cosido) para la transición de altas corrientes entre capas. Calcule la capacidad de corriente por vía y añada un margen de seguridad del 50%.

Sistema de Carga Combinada (CCS) Combo (costo, tiempo de entrega, materiales, pruebas, criterios de aceptación)

P: ¿Cuál es la diferencia de costo típica entre una PCB estándar y una PCB CCS Combo? R: Una placa CCS suele costar entre un 30% y un 50% más que una placa estándar del mismo tamaño. Esto se debe al requisito de materiales de alto CTI, cobre pesado (que consume más grabador y tiempo de chapado) y protocolos de prueba más estrictos.

P: ¿Cómo se compara el tiempo de entrega para las placas CCS de cobre pesado? R: Las PCB estándar pueden tardar de 3 a 5 días. Las placas de cobre pesado (>3oz) a menudo requieren de 8 a 12 días porque los ciclos de laminación y chapado son más largos y requieren procesos de grabado más lentos y precisos.

P: ¿Puedo usar FR4 estándar para una PCB CCS Combo? R: Para la sección lógica, sí. Sin embargo, para las secciones de alto voltaje, el FR4 estándar a menudo tiene un CTI de 175V-250V. Debe especificar FR4 "High CTI" (PLC 0) para cumplir con los estándares de seguridad para aplicaciones de 600V+.

P: ¿Cuáles son los criterios de aceptación para las pruebas de aislamiento de alto voltaje? R: La placa debe pasar una prueba Hi-Pot donde se aplica un alto voltaje (a menudo 1000VDC +) entre redes aisladas. El criterio de aceptación es típicamente una corriente de fuga por debajo de un umbral específico (por ejemplo, <1mA) sin ruptura o descarga disruptiva. P: ¿Necesito acabados superficiales específicos para las almohadillas del conector? R: Sí. El oro duro se recomienda a menudo para los dedos del conector si forman parte de la PCB (estilo conector de borde) debido a su resistencia al desgaste. Para las almohadillas de los componentes, se prefiere ENIG por su planitud y fiabilidad.

P: ¿Cómo manejo el calor de la sección de PCB del convertidor AC-DC? R: Si su sistema CCS incluye la etapa de conversión de energía, considere usar un núcleo metálico o incrustar monedas de cobre en la PCB para conducir físicamente el calor lejos de los MOSFET o IGBT hacia el chasis.

P: ¿Qué datos se necesitan para una revisión DFM de una placa CCS? R: Además de los archivos Gerber, debe proporcionar la netlist, un dibujo de la pila que especifique los voltajes dieléctricos, los requisitos de corriente por red y cualquier zona de aislamiento específica que necesite ranuras de enrutamiento.

P: ¿Se requiere la certificación UL para la PCB desnuda? R: Sí, el fabricante de la placa desnuda (como APTPCB) debe tener una clasificación de inflamabilidad UL 94 V-0. El ensamblaje final probablemente necesitará una certificación a nivel de sistema (UL 2202 o similar), que se basa en la certificación subyacente de la PCB.

Sistema de Carga Combinada (CCS) (páginas y herramientas relacionadas)

Para ayudarle aún más en su proceso de diseño y adquisición, hemos seleccionado una lista de recursos y capacidades relevantes disponibles en APTPCB.

Para necesidades de alta potencia: Explore nuestras capacidades de PCB para electrónica automotriz, que están adaptadas a las rigurosas demandas de la infraestructura de vehículos eléctricos.
Para servicios de ensamblaje: Si necesita que se pueblen los componentes, nuestro servicio de ensamblaje llave en mano se encarga del suministro y la soldadura de componentes, incluidos componentes pesados como relés y conectores.
Pautas de diseño: Revise nuestras sugerencias DFM para PCB de cobre pesado para asegurar que sus trazas de alta corriente sean fabricables.

Sistema de Carga Combinada (CCS) Combo (términos clave)

Término	Definición
CCS (Combined Charging System)	Un estándar para la carga de vehículos eléctricos que utiliza los conectores Combo 1 o Combo 2 para proporcionar energía de hasta 350 kilovatios.
EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment)	La infraestructura que suministra energía eléctrica para la recarga de vehículos eléctricos (la estación de carga).
CP (Control Pilot)	Una línea de comunicación en el cable de carga utilizada para señalar el nivel de carga entre el coche y el cargador.
PP (Proximity Pilot)	Una línea de seguridad que asegura que el conector esté completamente insertado y evita que el coche se aleje mientras está conectado.
PLC (Power Line Communication)	Un método de comunicación donde los datos se envían a través de los cables de alimentación existentes; utilizado en CCS para el "handshake" digital.
BMS (Sistema de Gestión de Baterías)	El sistema dentro del VE que gestiona el paquete de baterías; la PCB CCS se comunica con este sistema.
OBC (Cargador a Bordo)	El dispositivo dentro del vehículo que convierte la energía de CA de la red en energía de CC para la batería.
Distancia de fuga	La distancia más corta entre dos partes conductoras a lo largo de la superficie de un material aislante sólido.
Distancia de aislamiento	La distancia más corta entre dos partes conductoras a través del aire.
CTI (Índice Comparativo de Seguimiento)	Una medida de las propiedades de ruptura eléctrica (seguimiento) de un material aislante.
Cobre pesado	Tecnología de fabricación de PCB que utiliza ≥3oz de cobre para manejar altas cargas de corriente.
ISO 15118	El estándar internacional que define la interfaz de comunicación vehículo-red para la carga.

Sistema de Carga Combinada (CCS) Combo

La PCB CCS Combo es un habilitador crítico de la revolución de la movilidad eléctrica. Cierra la brecha entre la red eléctrica y el vehículo, requiriendo un delicado equilibrio entre el manejo de alta potencia y capacidades de comunicación precisas. Ya sea que esté diseñando un cargador doméstico de Nivel 2 o una estación de carga rápida de CC de Nivel 3, el éxito de su producto depende de la selección de los materiales correctos, el cumplimiento de estrictas reglas de diseño y la asociación con un fabricante capaz. En APTPCB, nos especializamos en las complejidades de las PCB de alto voltaje y grado automotriz. Para avanzar en su proyecto, le recomendamos preparar sus datos para una revisión DFM exhaustiva.

Al solicitar una cotización, por favor proporcione:

Archivos Gerber: Formato RS-274X.
Detalles del apilamiento: Mencionando específicamente los requisitos CTI y los pesos de cobre.
Plano de fabricación: Destacando las zonas de fuga críticas y los requisitos de ranura.
Requisitos de prueba: Niveles de voltaje para pruebas Hi-Pot.

Al abordar estos detalles con antelación, asegura una transición fluida del prototipo a la producción en masa, ofreciendo una experiencia de carga segura y confiable para los usuarios de vehículos eléctricos en todo el mundo.