CCS Combo PCB

L'expansion rapide de l'infrastructure des véhicules électriques (VE) repose fortement sur des normes de connexion robustes, en particulier le Combined Charging System (CCS). Au cœur de chaque station de recharge et interface embarquée des véhicules se trouve la CCS Combo PCB. Cette carte de circuit imprimé n'est pas seulement un connecteur passif ; c'est un centre de contrôle complexe responsable de la gestion du transfert de puissance haute tension, des interverrouillages de sécurité et de la poignée de main de communication critique entre le véhicule et le réseau.

Pour les ingénieurs et les responsables des achats chez APTPCB (APTPCB PCB Factory), la compréhension des nuances de cette carte est essentielle. Contrairement à une carte électronique grand public standard, une CCS Combo PCB doit résister à des cycles thermiques extrêmes, à des tensions élevées allant jusqu'à 1000 V et à des normes de fiabilité automobile rigoureuses. Ce guide couvre l'ensemble du cycle de vie de ces cartes, de la sélection initiale des matériaux à la validation finale, garantissant que vos projets de recharge de VE respectent les normes mondiales de sécurité et de performance.

Points Clés à Retenir

Définition : Une CCS Combo PCB gère l'interface physique et le protocole de communication (ISO 15118) pour la charge rapide DC et la charge AC dans un seul encombrement.
Métrique Critique : L'indice de tenue au cheminement (CTI) du stratifié est vital ; il doit généralement dépasser 600 V pour éviter les arcs électriques sous haute tension.
Gestion Thermique : Le cuivre épais (3oz+) et les vias thermiques sont non négociables pour les variantes de charge rapide DC afin de gérer des courants dépassant 200A.
Intégrité du signal : Le contrôle d'impédance est requis pour les lignes de communication par courant porteur (PLC) afin de garantir que le véhicule et le chargeur "communiquent" correctement.
Validation : L'inspection optique automatisée (AOI) est insuffisante ; les tests de haute tension (Hi-Pot) sont obligatoires pour vérifier l'isolation.
Idée fausse : Toutes les cartes CCS ne sont pas identiques ; la disposition d'une carte PCB de Type 1 (US) diffère significativement de celle d'une carte de Type 2 (EU) en termes de configuration des broches.
Conseil : Impliquez votre fabricant tôt pour équilibrer l'épaisseur du cuivre avec les exigences d'espacement minimal des pistes.

Combined Charging System (CCS) Combo (portée et limites)

En nous appuyant sur les points clés, il est important de définir exactement ce qui relève du champ d'application d'une carte PCB CCS Combo. Le terme "Combo" dans CCS signifie la combinaison de broches de charge AC et DC dans une seule entrée. Par conséquent, la carte PCB supportant ce système doit gérer deux domaines distincts : le domaine logique/communication et le domaine haute puissance.

Dans le contexte de la fabrication, ce terme fait généralement référence à deux types spécifiques de cartes. Premièrement, il fait référence au contrôleur EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment), qui se trouve à l'intérieur de la station de charge. Cette carte interprète les signaux pilotes et gère les contacteurs. Deuxièmement, il fait référence à la carte PCB d'entrée (Inlet PCB) située côté véhicule ou dans le pistolet de connexion, qui achemine physiquement les broches à courant élevé vers le système de gestion de batterie ou la carte PCB de convertisseur AC-DC. La complexité découle du fait que ces cartes doivent intégrer des signaux de communication basse tension (Control Pilot et Proximity Pilot) aux côtés des rails CC haute tension. Cela nécessite une stricte adhésion aux règles de distance de fuite et d'isolement définies par la norme IEC 60664. Contrairement à une carte de chargeur CA standard qui ne gère que des niveaux de puissance inférieurs, la variante CCS doit résister aux contraintes de la charge rapide CC, atteignant souvent 350 kW ou plus.

Combined Charging System (CCS) Combo (comment évaluer la qualité)

Métriques importantes pour les PCB CCS Combo (comment évaluer la qualité)

Comprendre la définition est utile, mais pour fabriquer une carte fiable, vous devez quantifier la qualité à l'aide de métriques spécifiques. Les applications haute tension exigent des matériaux et des tolérances qui dépassent les exigences standard de la classe IPC 2.

Le tableau suivant présente les paramètres critiques que vous devez spécifier lors de la commande de ces cartes auprès d'APTPCB.

Métrique	Pourquoi c'est important	Plage typique ou facteurs influençants	Comment mesurer
CTI (Indice Comparatif de Traçage)	Prévient les claquages électriques (traçage) à la surface sous tension.	PLC 0 (≥600V) est la norme pour les circuits haute tension des VE.	Méthode de test IEC 60112.
Poids du cuivre	Détermine la capacité de transport de courant et la dissipation thermique.	3oz à 6oz (105µm - 210µm) pour les chemins de puissance ; 1oz pour la logique.	Analyse par micro-section.
Tg (Température de transition vitreuse)	Garantit que la carte ne ramollit pas ou ne se délaminera pas sous contrainte thermique.	Une Tg élevée (≥170°C) est recommandée pour la fiabilité automobile.	DSC (Calorimétrie différentielle à balayage).
Tension de claquage diélectrique	Mesure la résistance d'isolation du matériau du substrat.	>40kV/mm est préféré pour prévenir les arcs internes.	Test Hi-Pot (tenue diélectrique).
Contrôle d'impédance	Essentiel pour la stabilité du signal de communication PLC (Green PHY).	50Ω ou 100Ω différentiel ±10%.	TDR (Réflectométrie dans le domaine temporel).
Pont de masque de soudure	Empêche les ponts de soudure entre les broches à pas fin et les pastilles haute tension.	Min 4 mil (0,1 mm) ; dépend de l'épaisseur du cuivre.	AOI ou inspection visuelle.
Résistance au CAF	Prévient la croissance de filaments anodiques conducteurs (CAF) au fil du temps dans des environnements humides.	Doit être un stratifié de qualité Anti-CAF.	Test de température-humidité-polarisation (THB).

Combined Charging System (CCS) Combo : guide de sélection par scénario (compromis)

Une fois que vous comprenez les métriques, l'étape suivante consiste à sélectionner l'architecture de carte appropriée pour votre application spécifique. Tous les chargeurs n'ont pas besoin d'une carte en cuivre épais, et une sur-spécification augmente inutilement les coûts.

Voici comment choisir la bonne configuration de PCB CCS Combo en fonction de six scénarios de déploiement courants.

1. Wallbox AC domestique (Niveau 2)

Exigence : Charge AC de 7kW à 22kW.
Recommandation : FR4 standard, Tg 150°C, cuivre 2oz.
Compromis : Coût inférieur, mais marge thermique limitée. Ne convient pas aux mises à niveau de charge rapide DC.
Objectif : Rentabilité et disposition compacte.

2. Chargeur rapide DC public (50kW)

Exigence : Charge DC modérée, souvent trouvée dans les centres-villes.
Recommandation : FR4 à Tg élevé (170°C), cuivre 3oz, technologie de cuivre lourd partiel.
Compromis : Coût plus élevé que les cartes AC. Nécessite une simulation thermique minutieuse.
Objectif : Équilibrer la gestion thermique avec la taille de la carte.

3. Station HPC ultra-rapide (350kW - Refroidie par liquide)

Exigence : Alimentation électrique extrême pour la recharge sur autoroute.
Recommandation : PCB à cuivre lourd (4oz-6oz) ou PCB à âme métallique (MCPCB) pour modules de puissance spécifiques.
Compromis : Coût de fabrication très élevé et délais de livraison plus longs. Assemblage complexe.
Objectif : Dissipation thermique maximale et capacité de courant.

4. Interface de chargeur embarqué (OBC)

Exigence : Le PCB d'entrée côté véhicule qui se connecte à la batterie.
Recommandation : Matériaux de qualité automobile (conformes IATF 16949), stratifié anti-CAF.
Compromis : Des exigences de validation strictes augmentent le temps de développement.
Objectif : Résistance aux vibrations et fiabilité à long terme (10+ ans).

5. EVSE portable (chargeur d'urgence)

Exigence : Unité de charge robuste et mobile.
Recommandation : PCB rigide-flexible pour s'adapter aux poignées compactes et ergonomiques.
Compromis: Prix unitaire plus élevé en raison des matériaux flexibles, mais améliore la durabilité et l'emballage.
Objectif: Flexibilité mécanique et résistance aux chocs.

6. Système bidirectionnel V2G (Vehicle-to-Grid)

Exigence: Le courant circule à la fois vers et depuis le véhicule.
Recommandation: Empilement multicouche complexe (6-8 couches) pour gérer la logique complexe et la commutation de puissance.
Compromis: L'intégrité du signal devient difficile en raison du bruit de commutation.
Objectif: Blindage EMI et contrôle précis de l'impédance.

Combined Charging System (CCS) Combo (de la conception à la fabrication)

Points de contrôle d'implémentation du PCB CCS Combo (de la conception à la fabrication)

Après avoir sélectionné la bonne approche, vous passez à la phase d'exécution. La fabrication d'un PCB CCS Combo nécessite un processus discipliné pour éviter les événements de rebut coûteux.

Utilisez cette liste de contrôle pour guider votre projet, des fichiers de conception au produit final.

Validation du schéma: Vérifiez que les circuits Pilote de contrôle (CP) et Pilote de proximité (PP) sont isolés des lignes DC haute tension.
Sélection des matériaux: Confirmez que la fiche technique du stratifié indique explicitement un CTI ≥ 600V et qu'il est anti-CAF. Ne vous fiez pas aux spécifications génériques "FR4".
Conception de l'empilement: Pour les courants élevés, placez les plans d'alimentation sur les couches internes avec un poids de cuivre suffisant, mais assurez-vous que l'épaisseur du préimprégné est adéquate pour l'isolation diélectrique.
Vérification des dégagements: Effectuez une vérification DFM spécifiquement pour la haute tension. Assurez-vous que les distances de fuite respectent les normes IEC 60664 (souvent >8mm pour certaines classes de tension).
Stratégie de perçage : Si vous utilisez du cuivre épais, assurez-vous que la taille du foret tient compte du placage plus épais requis dans le canon. Le rapport d'aspect doit être maintenu conservateur (inférieur à 8:1).
Compensation de gravure : Le cuivre épais nécessite une compensation de gravure significative. Concevez les pistes légèrement plus larges dans le fichier CAO pour tenir compte du matériau retiré pendant la gravure.
Application du masque de soudure : Utilisez plusieurs couches de masque de soudure ou des encres de bouchage de vias haute tension spécifiques pour vous assurer qu'il n'y a pas de vides qui pourraient entraîner des amorçages.
Finition de surface : Le nickel chimique/or par immersion (ENIG) est préféré pour les pads plats et la résistance à la corrosion, en particulier pour les broches de communication.
Test électrique (E-Test) : Spécifiez une tension plus élevée pour le test de netlist que pour les cartes standard. La norme est souvent de 100V ; pour le CCS, demandez 250V ou plus si possible pour le test d'isolation.
Audit qualité final : Effectuez une inspection visuelle à 100 % pour détecter les bavures de cuivre ou les courts-circuits potentiels, qui sont catastrophiques dans les environnements haute tension.

Combined Charging System (CCS) Combo (et la bonne approche)

Même avec une liste de contrôle, des erreurs peuvent survenir. Les exigences uniques du PCB CCS Combo mettent souvent en difficulté les concepteurs habitués à l'électronique basse tension.

1. Ignorer les distances de fuite et d'isolement

Erreur : Utiliser des règles d'espacement standard de 5 mil sur une carte transportant 400V+.
Correction : Utilisez une calculatrice basée sur les normes IEC. Vous pourriez avoir besoin de fentes (découpe de matériau PCB) entre les pastilles haute tension pour augmenter efficacement la distance de fuite sans augmenter la taille de la carte.

2. Sous-estimation de l'élévation thermique

Erreur : Supposer qu'un calculateur de largeur de trace standard s'applique à un pistolet de charge fermé et non ventilé.
Correction : Utilisez les principes de conception des PCB à haute conductivité thermique. Simulez l'élévation de température en supposant la pire température ambiante (souvent 50 °C à l'intérieur d'une station de charge).

3. Mauvais routage du signal PLC

Erreur : Router les lignes de communication (CP/PP) parallèlement aux lignes de commutation DC haute tension.
Correction : Routez les paires différentielles loin des plans de puissance. Utilisez un blindage de masse ou des traces de garde pour protéger l'intégrité de la poignée de main de communication.

4. Spécification d'épaisseur de cuivre incorrecte

Erreur : Spécifier du cuivre de 1 oz et compter sur la soudure pour transporter le courant.
Correction : Spécifiez du cuivre de base de 3 oz ou 4 oz. La soudure a une résistance beaucoup plus élevée que le cuivre et ne devrait pas être le principal porteur de courant pour les chemins à fort ampérage.

5. Négligence de la protection environnementale

Erreur : Laisser le PCB exposé sans revêtement conforme.
Correction : Les chargeurs de VE sont des équipements extérieurs. Appliquez un revêtement conforme en silicone ou en acrylique pour protéger contre l'humidité et la poussière.

6. Capacité de via inadéquate

Erreur : Utilisation d'un seul via standard pour un chemin de courant de 10A.
Correction : Utilisez des réseaux de vias (couture) pour transférer des courants élevés entre les couches. Calculez la capacité de courant par via et ajoutez une marge de sécurité de 50%.

Combined Charging System (CCS) Combo (coût, délai, matériaux, tests, critères d'acceptation)

Q : Quelle est la différence de coût typique entre un PCB standard et un PCB CCS Combo ? R : Une carte CCS coûte généralement 30 à 50 % de plus qu'une carte standard de même taille. Cela est dû à l'exigence de matériaux à CTI élevé, de cuivre épais (qui consomme plus d'agent de gravure et de temps de placage), et de protocoles de test plus stricts.

Q : Comment se compare le délai pour les cartes CCS à cuivre épais ? R : Les PCB standard peuvent prendre 3 à 5 jours. Les cartes à cuivre épais (>3oz) nécessitent souvent 8 à 12 jours car les cycles de laminage et de placage sont plus longs et exigent des processus de gravure plus lents et plus précis.

Q : Puis-je utiliser du FR4 standard pour un PCB CCS Combo ? R : Pour la section logique, oui. Cependant, pour les sections haute tension, le FR4 standard a souvent un CTI de 175V-250V. Vous devez spécifier du FR4 "High CTI" (PLC 0) pour respecter les normes de sécurité pour les applications 600V+.

Q : Quels sont les critères d'acceptation pour les tests d'isolation haute tension ? R : La carte doit réussir un test Hi-Pot où une haute tension (souvent 1000VDC +) est appliquée entre des réseaux isolés. Le critère d'acceptation est généralement un courant de fuite inférieur à un seuil spécifique (par exemple, <1mA) sans claquage ni contournement. Q: Ai-je besoin de finitions de surface spécifiques pour les pastilles de connecteur ? R: Oui. L'or dur est souvent recommandé pour les doigts de connecteur réels s'ils font partie du PCB (style connecteur de bord) en raison de sa résistance à l'usure. Pour les pastilles de composants, l'ENIG est préféré pour sa planéité et sa fiabilité.

Q: Comment gérer la chaleur provenant de la section PCB du convertisseur AC-DC ? R: Si votre système CCS comprend l'étage de conversion de puissance, envisagez d'utiliser un noyau métallique ou d'intégrer des pièces de cuivre dans le PCB pour conduire physiquement la chaleur des MOSFETs ou IGBTs vers le châssis.

Q: Quelles données sont nécessaires pour une revue DFM d'une carte CCS ? R: Au-delà des fichiers Gerber, vous devez fournir la netlist, un dessin d'empilement spécifiant les tensions diélectriques, les exigences de courant par net, et toutes les zones d'isolation spécifiques nécessitant des fentes de routage.

Q: La certification UL est-elle requise pour le PCB nu ? R: Oui, le fabricant de la carte nue (comme APTPCB) doit détenir une classification d'inflammabilité UL 94 V-0. L'assemblage final nécessitera probablement une certification au niveau du système (UL 2202 ou similaire), qui repose sur la certification sous-jacente du PCB.

Combined Charging System (CCS) (pages et outils associés)

Pour vous aider davantage dans votre processus de conception et d'approvisionnement, nous avons élaboré une liste de ressources et de capacités pertinentes disponibles chez APTPCB.

Pour les besoins en haute puissance : Découvrez nos capacités en PCB pour l'électronique automobile, adaptées aux exigences rigoureuses de l'infrastructure des véhicules électriques.
Pour les services d'assemblage : Si vous avez besoin de faire peupler les composants, notre service d'assemblage clé en main prend en charge l'approvisionnement et le soudage des composants, y compris les composants lourds comme les relais et les connecteurs.
Directives de conception : Consultez nos suggestions DFM pour les PCB à cuivre épais afin de vous assurer que vos pistes à courant élevé sont fabricables.

Combined Charging System (CCS) Combo (termes clés)

Terme	Définition
CCS (Combined Charging System)	Une norme de recharge pour véhicules électriques qui utilise les connecteurs Combo 1 ou Combo 2 pour fournir une puissance allant jusqu'à 350 kilowatts.
EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment)	L'infrastructure qui fournit de l'énergie électrique pour la recharge des véhicules électriques (la station de recharge).
CP (Control Pilot)	Une ligne de communication dans le câble de charge utilisée pour signaler le niveau de charge entre la voiture et le chargeur.
PP (Proximity Pilot)	Une ligne de sécurité qui garantit que le connecteur est entièrement inséré et empêche la voiture de démarrer pendant qu'elle est connectée.
PLC (Power Line Communication)	Une méthode de communication où les données sont envoyées via les câbles d'alimentation existants ; utilisée dans le CCS pour la poignée de main numérique.
BMS (Système de gestion de batterie)	Le système à l'intérieur du VE qui gère le pack de batteries ; le PCB CCS communique avec ce système.
OBC (Chargeur embarqué)	Le dispositif à l'intérieur du véhicule qui convertit l'alimentation CA du réseau en alimentation CC pour la batterie.
Ligne de fuite	La distance la plus courte entre deux parties conductrices le long de la surface d'un matériau isolant solide.
Distance d'isolement	La distance la plus courte entre deux parties conductrices à travers l'air.
CTI (Indice de tenue au cheminement)	Une mesure des propriétés de claquage électrique (cheminement) d'un matériau isolant.
Cuivre épais	Technologie de fabrication de PCB utilisant ≥3oz de cuivre pour gérer des charges de courant élevées.
ISO 15118	La norme internationale définissant l'interface de communication véhicule-réseau pour la recharge.

Combined Charging System (CCS) Combo

La carte PCB CCS Combo est un catalyseur essentiel de la révolution de la mobilité électrique. Elle fait le lien entre le réseau électrique et le véhicule, nécessitant un équilibre délicat entre la gestion de la haute puissance et des capacités de communication précises. Que vous conceviez un chargeur domestique de niveau 2 ou une station de charge rapide DC de niveau 3, le succès de votre produit dépend du choix des bons matériaux, du respect de règles de conception strictes et d'un partenariat avec un fabricant compétent. Chez APTPCB, nous sommes spécialisés dans les complexités des PCB haute tension et de qualité automobile. Pour faire avancer votre projet, nous vous recommandons de préparer vos données pour un examen DFM complet.

Lors d'une demande de devis, veuillez fournir :

Fichiers Gerber : Au format RS-274X.
Détails de l'empilement : Mentionnant spécifiquement les exigences CTI et les poids de cuivre.
Plan de fabrication : Mettant en évidence les zones de fuite critiques et les exigences de fente.
Exigences de test : Niveaux de tension pour les tests Hi-Pot.

En abordant ces détails tôt, vous assurez une transition en douceur du prototype à la production de masse, offrant une expérience de charge sûre et fiable aux utilisateurs de VE du monde entier.