CCS Combo PCB

La rapida espansione dell'infrastruttura per veicoli elettrici (EV) si basa fortemente su standard di connessione robusti, in particolare il Combined Charging System (CCS). Al centro di ogni stazione di ricarica e interfaccia di bordo del veicolo si trova la CCS Combo PCB. Questa scheda a circuito stampato non è solo un connettore passivo; è un complesso centro di controllo responsabile della gestione del trasferimento di potenza ad alta tensione, degli interblocchi di sicurezza e del cruciale handshake di comunicazione tra il veicolo e la rete.

Per gli ingegneri e i responsabili degli acquisti presso APTPCB (APTPCB PCB Factory), comprendere le sfumature di questa scheda è essenziale. A differenza di una scheda elettronica di consumo standard, una CCS Combo PCB deve resistere a cicli termici estremi, alte tensioni fino a 1000V e rigorosi standard di affidabilità automobilistica. Questa guida copre l'intero ciclo di vita di queste schede, dalla selezione iniziale dei materiali alla validazione finale, garantendo che i vostri progetti di ricarica EV soddisfino i parametri di riferimento globali di sicurezza e prestazioni.

Punti Chiave

Definizione: Una CCS Combo PCB gestisce l'interfaccia fisica e il protocollo di comunicazione (ISO 15118) per la ricarica rapida DC e la ricarica AC all'interno di un unico ingombro.
Metrica Critica: L'indice di tracciamento comparativo (CTI) del laminato è vitale; deve tipicamente superare i 600V per prevenire l'arco elettrico sotto alta tensione.
Gestione Termica: Il rame pesante (3oz+) e i via termici sono non negoziabili per le varianti di ricarica rapida DC per gestire correnti superiori a 200A.
Integrità del segnale: Il controllo dell'impedenza è richiesto per le linee di comunicazione su linea elettrica (PLC) per garantire che il veicolo e il caricabatterie "comunichino" correttamente.
Validazione: L'ispezione ottica automatizzata (AOI) è insufficiente; i test ad alto potenziale (Hi-Pot) sono obbligatori per verificare l'isolamento.
Fraintendimento: Non tutte le schede CCS sono uguali; il layout di una PCB di Tipo 1 (USA) differisce significativamente da un layout di Tipo 2 (UE) nella configurazione dei pin.
Suggerimento: Coinvolgete il vostro produttore in anticipo per bilanciare lo spessore del rame con i requisiti minimi di spaziatura delle tracce.

Combined Charging System (CCS) Combo (ambito e limiti)

Basandosi sui punti chiave, è importante definire esattamente cosa rientra nell'ambito di una PCB CCS Combo. Il "Combo" in CCS sta per la combinazione di pin di ricarica AC e DC in un unico ingresso. Di conseguenza, la PCB che supporta questo sistema deve gestire due domini distinti: il dominio logico/di comunicazione e il dominio ad alta potenza.

Nel contesto della produzione, questo termine si riferisce solitamente a due tipi specifici di schede. In primo luogo, si riferisce al Controller EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment), che si trova all'interno della stazione di ricarica. Questa scheda interpreta i segnali pilota e gestisce i contattori. In secondo luogo, si riferisce alla PCB di ingresso (Inlet PCB) situata sul lato veicolo o nella pistola del connettore, che instrada fisicamente i pin ad alta corrente al sistema di gestione della batteria o alla PCB del convertitore AC-DC. La complessità deriva dal fatto che queste schede devono integrare segnali di comunicazione a bassa tensione (Control Pilot e Proximity Pilot) insieme a binari CC ad alta tensione. Ciò richiede una stretta aderenza alle regole di distanza di fuga e di isolamento definite dalla norma IEC 60664. A differenza di un PCB per caricabatterie CA standard che gestisce solo livelli di potenza inferiori, la variante CCS deve resistere allo stress della ricarica rapida CC, spesso raggiungendo 350kW o più.

Combined Charging System (CCS) Combo (come valutare la qualità)

Metriche importanti per i PCB CCS Combo (come valutare la qualità)

Comprendere la definizione aiuta, ma per produrre una scheda affidabile, è necessario quantificare la qualità utilizzando metriche specifiche. Le applicazioni ad alta tensione richiedono materiali e tolleranze che superano i requisiti standard della classe IPC 2.

La seguente tabella illustra i parametri critici che è necessario specificare quando si ordinano queste schede da APTPCB.

Metrica	Perché è importante	Intervallo tipico o fattori influenzanti	Come misurare
CTI (Indice Comparativo di Tracciamento)	Previene la scarica elettrica (tracciamento) sulla superficie sotto tensione.	PLC 0 (≥600V) è lo standard per i circuiti ad alta tensione dei veicoli elettrici.	Metodo di prova IEC 60112.
Peso del rame	Determina la capacità di trasporto di corrente e la dissipazione termica.	3oz a 6oz (105µm - 210µm) per i percorsi di potenza; 1oz per la logica.	Analisi micro-sezionale.
Tg (Temperatura di transizione vetrosa)	Assicura che la scheda non si ammorbidisca o si delamini durante lo stress termico.	Una Tg elevata (≥170°C) è raccomandata per l'affidabilità automobilistica.	DSC (Calorimetria a scansione differenziale).
Tensione di rottura dielettrica	Misura la forza di isolamento del materiale del substrato.	>40kV/mm è preferito per prevenire l'arco interno.	Test Hi-Pot (resistenza dielettrica).
Controllo dell'impedenza	Essenziale per la stabilità del segnale di comunicazione PLC (Green PHY).	50Ω o 100Ω differenziale ±10%.	TDR (Riflettometria nel dominio del tempo).
Rete di maschera di saldatura	Previene la formazione di ponti di saldatura tra pin a passo fine e pad ad alta tensione.	Min 4 mil (0,1 mm); dipende dallo spessore del rame.	AOI o ispezione visiva.
Resistenza al CAF	Previene la crescita di filamenti anodici conduttivi (CAF) nel tempo in ambienti umidi.	Deve essere un laminato di grado Anti-CAF.	Test di temperatura-umidità-polarizzazione (THB).

Combined Charging System (CCS) Combo: guida alla selezione per scenario (compromessi)

Una volta comprese le metriche, il passo successivo è selezionare l'architettura della scheda giusta per la vostra applicazione specifica. Non tutti i caricabatterie necessitano di una scheda in rame pesante, e una sovra-specifica aumenta inutilmente i costi.

Ecco come scegliere la giusta configurazione di PCB CCS Combo in base a sei scenari di implementazione comuni.

1. Wallbox AC domestica (Livello 2)

Requisito: Ricarica AC da 7kW a 22kW.
Raccomandazione: FR4 standard, Tg 150°C, rame 2oz.
Compromesso: Costo inferiore, ma margine termico limitato. Non adatto per aggiornamenti di ricarica rapida DC.
Obiettivo: Efficienza dei costi e layout compatto.

2. Caricatore rapido DC pubblico (50kW)

Requisito: Ricarica DC moderata, spesso presente nei centri urbani.
Raccomandazione: FR4 ad alto Tg (170°C), rame da 3oz, tecnologia parziale a rame pesante.
Compromesso: Costo superiore rispetto alle schede AC. Richiede un'attenta simulazione termica.
Obiettivo: Bilanciare la gestione termica con le dimensioni della scheda.

3. Stazione HPC ultraveloce (350kW - Raffreddata a liquido)

Requisito: Erogazione di potenza estrema per la ricarica autostradale.
Raccomandazione: PCB a rame pesante (4oz-6oz) o PCB a nucleo metallico (MCPCB) per moduli di potenza specifici.
Compromesso: Costo di produzione molto elevato e tempi di consegna più lunghi. Assemblaggio complesso.
Obiettivo: Massima dissipazione del calore e capacità di corrente.

4. Interfaccia caricabatterie di bordo (OBC)

Requisito: Il PCB di ingresso lato veicolo che si collega alla batteria.
Raccomandazione: Materiali di grado automobilistico (conformi IATF 16949), laminato anti-CAF.
Compromesso: Requisiti di convalida rigorosi aumentano i tempi di sviluppo.
Obiettivo: Resistenza alle vibrazioni e affidabilità a lungo termine (10+ anni).

5. EVSE portatile (caricatore di emergenza)

Requisito: Unità di ricarica robusta e mobile.
Raccomandazione: PCB rigido-flessibile per adattarsi a maniglie compatte ed ergonomiche.
Compromesso: Prezzo unitario più elevato a causa dei materiali flessibili, ma migliora la durabilità e l'imballaggio.
Focus: Flessibilità meccanica e resistenza agli urti.

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

Requisito: La potenza fluisce sia verso che dal veicolo.
Raccomandazione: Stackup multistrato complesso (6-8 strati) per gestire logiche complesse e commutazione di potenza.
Compromesso: L'integrità del segnale diventa difficile a causa del rumore di commutazione.
Focus: Schermatura EMI e controllo preciso dell'impedenza.

Combined Charging System (CCS) Combo (dalla progettazione alla produzione)

Punti di controllo per l'implementazione del PCB CCS Combo (dalla progettazione alla produzione)

Dopo aver selezionato l'approccio giusto, si passa alla fase di esecuzione. La produzione di un PCB CCS Combo richiede un processo disciplinato per evitare costosi eventi di scarto.

Utilizzare questa checklist per guidare il progetto dai file di progettazione al prodotto finale.

Validazione dello schema: Verificare che i circuiti Control Pilot (CP) e Proximity Pilot (PP) siano isolati dalle linee DC ad alta tensione.
Selezione dei materiali: Confermare che la scheda tecnica del laminato dichiari esplicitamente CTI ≥ 600V e sia Anti-CAF. Non fare affidamento su specifiche "FR4" generiche.
Progettazione dello stackup: Per correnti elevate, posizionare i piani di alimentazione su strati interni con un peso di rame sufficiente, ma assicurarsi che lo spessore del prepreg sia adeguato per l'isolamento dielettrico.
Verifica delle distanze: Eseguire un controllo DFM specifico per l'alta tensione. Assicurarsi che le distanze di fuga soddisfino gli standard IEC 60664 (spesso >8mm per determinate classi di tensione).
Strategia di foratura: Se si utilizza rame pesante, assicurarsi che la dimensione della punta del trapano tenga conto della placcatura più spessa richiesta nel barilotto. Il rapporto d'aspetto dovrebbe essere mantenuto conservativo (inferiore a 8:1).
Compensazione dell'incisione: Il rame pesante richiede una significativa compensazione dell'incisione. Progettare le tracce leggermente più larghe nel file CAD per tenere conto del materiale rimosso durante l'incisione.
Applicazione della maschera di saldatura: Utilizzare più strati di maschera di saldatura o inchiostri specifici per via plug ad alta tensione per assicurarsi che non esistano vuoti che potrebbero portare a scariche ad arco.
Finitura superficiale: Il nichel chimico/oro ad immersione (ENIG) è preferito per i pad piatti e la resistenza alla corrosione, specialmente per i pin di comunicazione.
Test elettrico (E-Test): Specificare una tensione più alta per il test della netlist rispetto alle schede standard. Lo standard è spesso 100V; per CCS, richiedere 250V o superiore, se possibile, per il test di isolamento.
Audit di qualità finale: Eseguire un'ispezione visiva al 100% per bave di rame o potenziali cortocircuiti, che sono catastrofici in ambienti ad alta tensione.

Combined Charging System (CCS) Combo (e l'approccio corretto)

Anche con una checklist, possono verificarsi errori. Le esigenze uniche del PCB CCS Combo spesso mettono in difficoltà i progettisti abituati all'elettronica a bassa tensione.

1. Ignorare le distanze di fuga e di isolamento

Errore: Utilizzare regole di spaziatura standard di 5 mil su una scheda che trasporta 400V+.
Correzione: Utilizzare un calcolatore basato sugli standard IEC. Potrebbe essere necessario praticare delle fessure (rimuovendo materiale PCB) tra i pad ad alta tensione per aumentare efficacemente la distanza di fuga senza aumentare le dimensioni della scheda.

2. Sottostima dell'aumento termico

Errore: Assumere che un calcolatore standard per la larghezza delle tracce si applichi a una pistola di ricarica chiusa e non ventilata.
Correzione: Utilizzare i principi di progettazione dei PCB ad alta dissipazione termica. Simulare l'aumento della temperatura assumendo la peggiore temperatura ambiente (spesso 50°C all'interno di una stazione di ricarica).

3. Scarsa instradamento del segnale PLC

Errore: Instradare le linee di comunicazione (CP/PP) parallelamente alle linee di commutazione DC ad alta tensione.
Correzione: Instradare le coppie differenziali lontano dai piani di alimentazione. Utilizzare schermature di massa o tracce di guardia per proteggere l'integrità dell'handshake di comunicazione.

4. Specifica errata dello spessore del rame

Errore: Specificare rame da 1 oz e fare affidamento sulla saldatura per trasportare la corrente.
Correzione: Specificare rame di base da 3 oz o 4 oz. La saldatura ha una resistenza molto più elevata del rame e non dovrebbe essere il principale conduttore di corrente per percorsi ad alta amperaggio.

5. Negligenza della protezione ambientale

Errore: Lasciare il PCB esposto senza rivestimento conforme.
Correzione: I caricabatterie EV sono apparecchiature da esterno. Applicare un rivestimento conforme in silicone o acrilico per proteggere dall'umidità e dalla polvere.

6. Capacità dei via inadeguata

Errore: Utilizzo di un singolo via standard per un percorso di corrente da 10A.
Correzione: Utilizzare array di via (stitching) per il passaggio di correnti elevate tra gli strati. Calcolare la capacità di corrente per via e aggiungere un margine di sicurezza del 50%.

Combined Charging System (CCS) Combo (costo, tempi di consegna, materiali, test, criteri di accettazione)

D: Qual è la differenza di costo tipica tra un PCB standard e un PCB CCS Combo? R: Una scheda CCS costa tipicamente il 30-50% in più rispetto a una scheda standard delle stesse dimensioni. Ciò è dovuto al requisito di materiali ad alto CTI, rame pesante (che consuma più mordente e tempo di placcatura) e protocolli di test più severi.

D: Come si confrontano i tempi di consegna per le schede CCS con rame pesante? R: I PCB standard potrebbero richiedere 3-5 giorni. Le schede con rame pesante (>3oz) richiedono spesso 8-12 giorni perché i cicli di laminazione e placcatura sono più lunghi e richiedono processi di incisione più lenti e precisi.

D: Posso usare FR4 standard per un PCB CCS Combo? R: Per la sezione logica, sì. Tuttavia, per le sezioni ad alta tensione, l'FR4 standard ha spesso un CTI di 175V-250V. È necessario specificare FR4 "High CTI" (PLC 0) per soddisfare gli standard di sicurezza per applicazioni a 600V+.

D: Quali sono i criteri di accettazione per i test di isolamento ad alta tensione? R: La scheda deve superare un test Hi-Pot in cui viene applicata un'alta tensione (spesso 1000VDC +) tra reti isolate. Il criterio di accettazione è tipicamente una corrente di dispersione inferiore a una soglia specifica (ad esempio, <1mA) senza rottura dielettrica o scarica superficiale. D: Ho bisogno di finiture superficiali specifiche per i pad dei connettori? R: Sì. L'oro duro è spesso raccomandato per i contatti del connettore se fanno parte del PCB (stile connettore a bordo) a causa della sua resistenza all'usura. Per i pad dei componenti, l'ENIG è preferito per la planarità e l'affidabilità.

D: Come gestisco il calore dalla sezione PCB del convertitore AC-DC? R: Se il vostro sistema CCS include lo stadio di conversione di potenza, considerate l'uso di un nucleo metallico o l'incorporazione di "monete" di rame nel PCB per condurre fisicamente il calore lontano da MOSFET o IGBT verso lo chassis.

D: Quali dati sono necessari per una revisione DFM di una scheda CCS? R: Oltre ai file Gerber, è necessario fornire la netlist, un disegno dello stackup che specifichi le tensioni dielettriche, i requisiti di corrente per ogni net e qualsiasi zona di isolamento specifica che necessiti di slot di routing.

D: È richiesta la certificazione UL per il PCB nudo? R: Sì, il produttore della scheda nuda (come APTPCB) dovrebbe possedere una classificazione di infiammabilità UL 94 V-0. L'assemblaggio finale richiederà probabilmente una certificazione a livello di sistema (UL 2202 o simile), che si basa sulla certificazione sottostante del PCB.

Combined Charging System (CCS) (pagine e strumenti correlati)

Per assistervi ulteriormente nel vostro processo di progettazione e approvvigionamento, abbiamo curato un elenco di risorse e capacità pertinenti disponibili presso APTPCB.

Per esigenze di alta potenza: Esplorate le nostre capacità di PCB per l'elettronica automobilistica, che sono adattate alle rigorose esigenze dell'infrastruttura EV.
Per i servizi di assemblaggio: Se avete bisogno di popolare i componenti, il nostro servizio di assemblaggio chiavi in mano gestisce l'approvvigionamento e la saldatura dei componenti, inclusi componenti pesanti come relè e connettori.
Linee guida di progettazione: Esaminate i nostri suggerimenti DFM per i PCB in rame pesante per assicurarvi che le vostre tracce ad alta corrente siano producibili.

Combined Charging System (CCS) Combo (termini chiave)

Termine	Definizione
CCS (Combined Charging System)	Uno standard per la ricarica dei veicoli elettrici che utilizza i connettori Combo 1 o Combo 2 per fornire energia fino a 350 kilowatt.
EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment)	L'infrastruttura che fornisce energia elettrica per la ricarica dei veicoli elettrici (la stazione di ricarica).
CP (Control Pilot)	Una linea di comunicazione nel cavo di ricarica utilizzata per segnalare il livello di carica tra l'auto e il caricabatterie.
PP (Proximity Pilot)	Una linea di sicurezza che assicura che il connettore sia completamente inserito e impedisce all'auto di allontanarsi mentre è collegata.
PLC (Power Line Communication)	Un metodo di comunicazione in cui i dati vengono inviati tramite i cavi di alimentazione esistenti; utilizzato nel CCS per l'handshake digitale.
BMS (Sistema di Gestione della Batteria)	Il sistema all'interno del VE che gestisce il pacco batteria; il PCB CCS comunica con questo sistema.
OBC (Caricabatterie di Bordo)	Il dispositivo all'interno del veicolo che converte l'alimentazione CA dalla rete in alimentazione CC per la batteria.
Distanza di fuga	La distanza più breve tra due parti conduttive lungo la superficie di un materiale isolante solido.
Distanza in aria	La distanza più breve tra due parti conduttive attraverso l'aria.
CTI (Indice Comparativo di Tracciamento)	Una misura delle proprietà di rottura elettrica (tracciamento) di un materiale isolante.
Rame pesante	Tecnologia di produzione di PCB che utilizza ≥3oz di rame per gestire carichi di corrente elevati.
ISO 15118	Lo standard internazionale che definisce l'interfaccia di comunicazione veicolo-rete per la ricarica.

Combined Charging System (CCS) Combo

Il PCB CCS Combo è un abilitatore fondamentale della rivoluzione della mobilità elettrica. Colma il divario tra la rete elettrica e il veicolo, richiedendo un delicato equilibrio tra la gestione dell'alta potenza e precise capacità di comunicazione. Che tu stia progettando un caricabatterie domestico di Livello 2 o una stazione di ricarica rapida DC di Livello 3, il successo del tuo prodotto dipende dalla selezione dei materiali giusti, dall'adesione a rigorose regole di progettazione e dalla collaborazione con un produttore competente. Noi di APTPCB siamo specializzati nelle complessità dei PCB ad alta tensione e di grado automobilistico. Per far progredire il vostro progetto, vi consigliamo di preparare i vostri dati per una revisione DFM completa.

Quando richiedete un preventivo, vi preghiamo di fornire:

File Gerber: Formato RS-274X.
Dettagli dello stackup: Menzionando specificamente i requisiti CTI e i pesi del rame.
Disegno di fabbricazione: Evidenziando le zone di fuga critiche e i requisiti di slot.
Requisiti di test: Livelli di tensione per i test Hi-Pot.

Affrontando questi dettagli in anticipo, garantite una transizione fluida dal prototipo alla produzione di massa, offrendo un'esperienza di ricarica sicura e affidabile agli utenti di veicoli elettrici in tutto il mondo.