模塊化電源控制器的功率線印制板化的方法
【專利摘要】本發明公開一種模塊化電源控制器的功率線印制板化的方法，該方法包括如下步驟：S1、從模塊化電源控制器的走線中篩選出功率線；S2、根據每條功率線上的電流在導線寬度、橫截面以及允許電流的關系曲線上查找每條功率線需要的線寬和銅箔的厚度；S3、連接除功率線外的其他線；S4、根據所述線寬和銅箔的厚度在印制板上覆銅以形成功率線。由于本發明將傳統的成捆綁扎的功率線改進為印制板各層覆銅，可大幅降低模塊的重量，縮小模塊的體積、提高散熱效率，對衛星的減重具有重要意義。
【專利說明】模塊化電源控制器的功率線印制板化的方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及模塊化電源控制器，尤其涉及將模塊化電源控制器的功率線印制板化的方法，該方法將傳統成捆的功率線用印制電路板(PCB板)的走線代替。
【背景技術】
[0003]提高電源控制器的功率密度是現今衛星電源發展的趨勢，電源控制器模塊化設計正是提高功率密度的一個有效突破口。由于模塊化設計的電源控制器結構剛度高，重量較輕，維修方便。并且具有良好的可擴展性，為產品系列化的發展提供了有力保證。模塊化的產品能使用在多個型號上，成熟的技術不需要重新研發和驗證，大大減小了航天產業的成本，在通用化和產品化的方向邁出了一大步。
[0004]請參閱圖1，在以往的電源控制器模塊設計中，一般采用外部走線捆綁法，把功率走線篩選出來，用導線(該導線連接功率點，也稱之為功率線)將功率點IA和IB連接，并捆綁到一起，沿著電源控制器模塊的外部完成走線，圖1中示意出三條功率線1A、1B、1C。但是，隨著航天技術的發展，載荷對功率要求的提高，功率電纜需要承受的電流越來越大，散熱要求變得越來越高，從而對走線的要求變得越來越高。如此一來，原來的一小捆的導線，增加到幾十上百根一捆。增加的導線重量為電源控制器增加了很大的負擔，目前，在電源控制器設計中，采用貼片元器件已經成為一種趨勢。貼片元器件最大的特點是元器件體積小，高度低，從而能夠讓模塊變得更薄。而導線束過大的截面積往往會比電路板更厚，直接增加了模塊的厚度，是電源控制器模塊的厚度、單機體積瓶頸，導致貼片元器件的優勢大大減小。而捆綁式走線，它的散熱只要靠導線自身的表面積。捆成一束的導線，表面積自然會受到很大限制，直接導致散熱效率的低下，比如:約定:環境溫度最高為65°C，導線須承受30A的電流。在該情況下選擇外部走線捆綁法。由于環境溫度最高為65°C，且印制板能承受的最高溫度為125°C。導線上的熱量將傳導到印制板上，所以該導線能承受的最高溫升為60°C。如超過這個溫度，印制板將損壞。根據以上條件，選擇能承受150°C的20號線。因為20號線單股最大電流值為6.5A。由:導線須承受30A的電流，通過降額要求，若降額因子為0.26，則每股導線能過1.67A的電流。所以，總共需要18股導線。該導線的直徑為1.4_;單位重量為6.7g/m。所以總截面為27.69_2。由于捆綁導線的體積過大，所以只能沿著模塊的邊緣走，從而導線需要的長度往往會很長。若該導線需要過20_的長度，則該導線束的體積為553.8mm3 ;散熱面積(表面積)為118.8 mm2 ;重量為24.12g。
【發明內容】
[0005]本發明解決的問題是現有外部走線捆綁法構成的模塊化電源控制器的重量重、體積大和散熱效率低的問題。
[0006]為解決上述問題，本發明提供一種模塊化電源控制器的功率線印制板化的方法，該方法包括如下步驟:s1、從模塊化電源控制器的走線中篩選出功率線；S2、根據每條功率線上的電流在導線寬度、橫截面以及允許電流的關系曲線上查找每條功率線需要的線寬和銅箔的厚度；S3、連接除功率線外的其他線；S4、根據所述線寬和銅箔的厚度在印制板上覆銅以形成功率線。
[0007]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
由于本發明模塊化電源控制器的功率線印制板化的方法將傳統捆綁法中的實現功率線功能的導線用PCB板上的走線代替，也就是說，將傳統的成捆綁扎的功率線改進為印制板各層覆銅，可大幅降低模塊的重量，縮小模塊的體積、提高散熱效率，對衛星的減重具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是傳統的捆綁法構成的模塊化電源控制器的結構示意圖；
圖2是本發明模塊化電源控制器的功率線印制板化的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0009]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所達成目的及功效，下面將結合實施例并配合附圖予以詳細說明。
[0010]請參閱圖2，本發明模塊化電源控制器的功率線印制板化的方法包括如下步驟:
51、從模塊化電源控制器的走線中篩選出功率線；
52、根據每條功率線上的電流在導線寬度、橫截面以及允許電流的關系曲線上查找每條功率線需要的線寬和銅箔的厚度；在該步驟中，所述導線寬度、橫截面以及允許電流的關系曲線屬于已知技術，在此不再贅述，根據每條功率線上的電流即可以在上述關系曲線中查找到該電流所對應的線寬和橫截面積，進而，獲得線寬和銅箔厚度。
[0011]S3、連接除功率線外的其他線；連接其他走線時，盡量為表面層功率走線留出位置，為其他層的功率網絡留出過孔位置。
[0012]S4、根據所述線寬和銅箔的厚度在印制板上覆銅以形成功率線。該步驟中所述的印制板是指具有PCB電路板等其他構造的基材，在該基材上按照所述線寬和銅箔的厚度形成走線即構成成品的PCB電路板。所述功率線是指PCB板上的走線，只是該走線實現的功能是功率線的功能。在該步驟中，走線在不同層之間通過過孔連接時，須注意走線的功率大小。若走線功率大，則須增加過孔數量。
[0013]綜上所述，由于本發明模塊化電源控制器的功率線印制板化的方法將傳統捆綁法中的實現功率線功能的導線用PCB板上的走線代替，也就是說，將傳統的成捆綁扎的功率線改進為印制板各層覆銅，可大幅降低模塊的重量，縮小模塊的體積、提高散熱效率，對衛星的減重具有重要意義。比如，約定:環境溫度最高為65°C，導線須承受30A的電流。由于環境溫度最高為65°C，且印制板能承受的最高溫度為125°C。導線上的熱量將傳導到印制板上，所以該導線能承受的最高溫升為60°C。如超過這個溫度，印制板將損壞。在該情況下選擇本發明的方法時，選擇截面積為0.37 mm2的銅箔。若銅箔高度為0.007mm，則需要的寬度為5.29mm。由于覆銅本身是在板內部走線，所以覆銅的長度等于點與點直接的最短距離。設長度為20臟，則覆銅的體積為0.67mm3 ;重量為6.58g。銅箔上的熱量先傳導給PCB板，然后通過PCB板來散熱。所以，本發明的方法的散熱面積應該為整塊PCB板的表面積。一般來說，電源控制器模塊的寬長比不會超過1:2，所以，若此電源控制器模塊長為20mm，則，其表面積不會小于200 mm2。所以一般來說本發明的方法的散熱面積大于外部走線捆綁法。通過該例子也證明，本方法與外部走線捆綁法相比，具有重量輕、體積小和散熱面積大的優點。
【權利要求】
1.一種模塊化電源控制器的功率線印制板化的方法，其特征在于:該方法包括如下步驟:. 51、從模塊化電源控制器的走線中篩選出功率線；. 52、根據每條功率線上的電流在導線寬度、橫截面以及允許電流的關系曲線上查找每條功率線需要的線寬和銅箔的厚度；. 53、連接除功率線外的其他線；. 54、根據所述線寬和銅箔的厚度在印制板上覆銅以形成功率線。
【文檔編號】H05K3/00GK104427770SQ201310407752
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月10日 優先權日:2013年9月10日
【發明者】史源, 侯建文, 周健, 劉遠, 戴永亮, 劉勇 申請人:上海空間電源研究所