Вопросы проектирования печатной платы BMS для сборки и производства.

При проектировании печатных плат BMS для сборки и производства основное внимание уделяется преобразованию схемы управления батареей в плату, которую можно изготовить, собрать, проверить и передать в производство. Компания Highleap Electronics занимается производством и сборкой печатных плат. Мы производим и собираем платы на основе файлов, одобренных заказчиком; мы не владеем полным проектом системы батарей, встроенным программным обеспечением, стратегией безопасности или сертификацией продукции.

Плата BMS часто объединяет в себе низкоуровневое зондирование, высоковольтную развязку, схемы защиты, связь, термомониторинг, разъемы и иногда цепи для протекания сильных токов. Выбор проектных решений, принятых до начала изготовления, может существенно повлиять на выход годной продукции, доступ к тестированию, долговременную повторяемость и себестоимость производства. На этой странице представлены рекомендации для инженеров, занимающихся подготовкой файлов печатных плат и сборок BMS для коммерческого предложения и производства.

Для заказа услуг по сборке см. раздел «Услуги по сборке печатных плат BMS» . Для сборки печатных плат с большим количеством меди и высокими тепловыделениями см. раздел «Сборка печатных плат с большим количеством меди».

Цели проектирования печатной платы BMS для обеспечения надежной сборки

Производственная компоновка с первой редакции.

Печатная плата системы управления батареями (BMS) должна быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить удобный доступ для изготовления, сборки, проверки и тестирования. Это означает четкое расстояние между компонентами, стабильную ориентацию разъемов, контролируемое распределение меди, определенные контрольные точки, видимую маркировку полярности и реалистичный доступ для пайки. Ранний анализ DFM может предотвратить такие проблемы, как недоступные контактные площадки, нечеткая маркировка вывода 1, невозможность нанесения защитного покрытия или размещение разъемов, конфликтующее с корпусом.

Поддержка в вопросах проектирования и производства.

Владелец продукта определяет поведение аккумуляторной системы, пороговые значения безопасности, встроенное программное обеспечение, функциональные требования и стратегию соответствия. Highleap поддерживает проверку изготовления и сборки со стороны производства. Наиболее продуктивный рабочий процесс заключается в предоставлении Highleap проектной документации, структуры слоев, спецификации материалов, сборочного чертежа и известных зон риска до начала первой сборки. Это позволяет выявить проблемы технологичности до заказа материалов.

Схема пути тока, линии измерения и заземления.

Текущая ясность пути

Сильнотоковые пути должны быть легко идентифицируемы в файлах печатной платы и технических описаниях. Ширина медного слоя, его толщина, массивы переходных отверстий, выводы, шунты и зоны рассеивания тепла должны соответствовать предполагаемому току и повышению температуры. Токовая нагрузка зависит не только от ширины дорожек; толщина медного слоя, положение слоев, медные плоскости, воздушный поток, материал платы и окружающая среда также имеют значение. Заказчик должен проверить токовые и тепловые характеристики на уровне изделия.

Защита линии сигнала

Линии измерения напряжения и пути измерения тока должны избегать излишнего шумового взаимодействия, нечеткой проработки разъемов и неясного заземления. С точки зрения производства, спецификация компонентов должна четко указывать прецизионные компоненты и детали, которые нельзя заменять. Тестовые площадки следует размещать в местах, где можно проводить осмотр и отладку без повреждения сборки. Если используется измерение по Кельвину, компоновка должна сохранять предполагаемое измерительное соединение.

Дисциплина заземления и обратного пути

Платы BMS могут включать аналоговое заземление, силовое заземление, коммуникационное заземление и точки подключения к шасси или экрану. Это проектные решения, но в производственных файлах должны быть видны элементы, связанные с заземлением. Необходимо определить монтажные площадки, металлизированные отверстия, контактные зоны экрана и точки подключения к шасси. Если отверстие для винта предназначено для функционального заземления, следует указать требования к отделке, зазору, площади шайбы и сборке.

Планирование работ по предотвращению просачивания, расчистке и изоляции.

Правила размещения элементов на основе требований к продукту.

Для плат BMS, используемых в высоковольтных аккумуляторных системах, требуются заданные параметры утечки и зазора. Необходимые значения зависят от напряжения, окружающей среды, степени загрязнения, группы материалов, покрытия, стандартных требований и архитектуры изделия. Компания Highleap может изготовить пазы, зазоры и медные зазоры в соответствии с чертежом, но значения должны быть определены заказчиком или проектной организацией.

Выбор изоляционных компонентов и корпусов

Оптопары, цифровые изоляторы, изолированные DC-DC модули и изолирующие усилители должны соответствовать требуемым изоляционным характеристикам и размерам корпуса. Изменения в корпусе могут повлиять на утечку тока и габариты. Следует тщательно контролировать утвержденные альтернативные варианты. Замена компонента с аналогичными электрическими функциями, но с другой геометрией корпуса, может быть неприемлема для конечного продукта.

Прорези и ограничители для доступа к сборочному оборудованию.

Пазы и зоны ограничения доступа должны быть совместимы со сборкой и контролем качества. Избегайте размещения мелких деталей слишком близко к выфрезерованным пазам, где качество кромок или четкость паяльной маски могут стать проблемой. Размещайте контрольные точки и площадки программирования вне зон ограничения доступа, связанных с покрытием или изоляцией, если они должны оставаться доступными после сборки.

Тепловое проектирование силовых компонентов

Источники тепла на платах BMS

Балансировочные резисторы, MOSFET-транзисторы, регуляторы, шунты, цепи предварительной зарядки, реле и разъемы могут выделять тепло. Разводка должна обеспечивать достаточное количество медных проводников, структуру переходных отверстий и расстояние между ними для предполагаемых условий эксплуатации. Компоненты не следует размещать в местах, где пайка, контроль качества или рассеивание тепла становятся ненадежными. Для мощных схем может потребоваться тепловое моделирование или тестирование на уровне изделия.

Влияние сборки на тепловые характеристики

Покрытие паяльной пастой, образование пустот, посадка компонентов и профиль оплавления могут влиять на путь теплопередачи. Открытые тепловые площадки требуют такой конструкции трафарета и стратегии создания переходных отверстий, которые исключают чрезмерное образование пустот или растекание припоя. Если компонент соединяется с радиатором или металлической пластиной, механическое соединение должно быть определено на сборочном чертеже.

Планирование медных проводников с высоким током

Если плата BMS пропускает значительный ток, могут потребоваться участки с толстым слоем меди или широкими медными областями. Толстый слой меди увеличивает сложность изготовления и может повлиять на сборку с малым шагом контактов вблизи платы. Разработчикам следует избегать сочетания очень толстых медных элементов и деликатных аналоговых схем без предварительной проверки влияния пайки и расстояния между ними. Варианты сборки для работы с высокими токами см. в разделе «Сборка печатных плат с толстым слоем меди».

Проектирование разъемов, жгутов проводов и механических интерфейсов.

Ориентация и удобство обслуживания разъемов

Платы управления батареями часто зависят от разъемов для подключения элементов питания, связи, датчиков температуры, питания, программирования и диагностики. На схеме должна быть указана ориентация разъема, направление защелки, контакт 1, схема подключения и детали соединительного жгута. Если плата будет устанавливаться в корпус или батарейный модуль, расположение разъемов должно обеспечивать доступ без изгиба жгута или нагрузки на паяные соединения.

согласованность контактов жгута проводов

Схема расположения контактов разъема печатной платы и схема жгута проводов должны совпадать. Несоответствие расположения контактов может дорого обойтись, поскольку и печатная плата, и жгут проводов могут пройти собственную проверку, но не пройти ее во время системной интеграции. Используйте четкие обозначения, ссылки на разъемы и контроль версий как для схемы печатной платы, так и для схемы жгута проводов.

Особенности механического монтажа и заземления

Монтажные отверстия, металлизированные отверстия, заземляющие площадки, металлические прокладки и контакты шасси должны быть указаны на механическом чертеже. Если монтажное отверстие не имеет металлизации, это должно быть четко указано. Если оно используется для заземления, следует указать медную контактную площадку, покрытие, площадь шайбы и требуемый момент затяжки или крепеж. Механические напряжения не должны передаваться на хрупкие паяные соединения или тонкие дорожки.

Проверки DFM и DFA для плат BMS

Точки проектирования с учетом технологичности изготовления

• Плотность слоев, вес меди, толщина платы и качество обработки поверхности соответствуют чертежу.
• Расстояние между высоковольтными проводниками, щели и запретные зоны определяются измеримыми размерами.
• Возможно изготовление толстых медных проводников, массивов переходных отверстий и теплоотводящих прокладок.
• Контрольные точки, площадки для программирования и контактные площадки разъемов не блокируются примечаниями, касающимися покрытия.
• Контур платы и монтажные отверстия соответствуют требованиям к корпусу.

Пункты DFA сборки

• Маркировка полярности четко обозначена для диодов, интегральных схем, конденсаторов, оптопар и разъемов.
• Для крупных компонентов предусмотрено достаточное расстояние между ними и удобный доступ для пайки.
• Детали с малым шагом выводов располагаются не слишком близко к высоким разъемам или механическим кромкам.
• На чертеже видны зоны, запрещенные для нанесения покрытия, маркировка и зоны контроля.
• Передаваемые на условиях консигнации критически важные детали маркируются и упаковываются для использования в производстве.

Распространенные проблемы выпуска

Планирование контрольных точек и программного интерфейса

Доступные точки тестирования

Контрольные точки следует размещать в местах, доступных для щупов после сборки. Избегайте размещения важных контрольных площадок под разъемами, под высокими компонентами, внутри зон нанесения покрытия или слишком близко к краям платы. Контрольные точки должны быть маркированы единообразно и соответствовать процедуре тестирования заказчика. Если планируется автоматизированное тестирование, размер площадок, расстояние между ними и доступ к зажимным приспособлениям следует проверить на раннем этапе.

Разработка программного интерфейса

Контактные площадки или разъемы для программирования должны быть доступны и защищены от случайного короткого замыкания. В проекте должны быть указаны напряжение программирования, тип интерфейса, ориентация, контроль версии микропрограммы и метод подтверждения. Если программирование выполняется не компанией Highleap, в инструкции по сборке должно быть указано, что платы поставляются без программирования.

Документация по производственному тестированию

Перед началом производства необходимо определить пределы тестирования и порядок ведения записей. Для прототипов может быть достаточно неформальной обратной связи от инженеров. Для серийного производства более надежной будет четкая процедура тестирования с критериями прохождения/непрохождения, версией прошивки, серийным номером и форматом записи. Компания Highleap может следовать предоставленным заказчиком процедурам, если они включены в согласованный объем работ по сборке.

Примечания и часто задаваемые вопросы по запросу предложений на проектирование и сборку.

Примечания к запросу предложений (RFQ) для выпуска проекта системы управления зданием (BMS).

• Файлы печатных плат, структура слоев, плотность меди и качество поверхности.
• Спецификация материалов (BOM) с точными номерами MPN и утвержденными альтернативными вариантами.
• Сборочный чертеж с указанием полярности, ориентации разъема и информации о покрытии.
• Требования к расстоянию между высоковольтными проводниками, размерам щелей и зонам ограничения прокладки кабелей.
• Токовый путь, тепловые переходные отверстия и требования к большому количеству меди.
• Чертежи разъемов, жгутов проводов и механических интерфейсов.
• Процедура программирования и требования к функциональному тестированию (если применимо).
• Требования к упаковке, отслеживаемости и ведению производственной документации.

Внутренние связи для планирования производства

Для заказа услуг по сборке см. раздел «Сборка печатных плат BMS» . Для проверки новых продуктов перед выпуском см. раздел «Проверка DFM новых продуктов». Для передачи прототипа на производство см. раздел «Перевод прототипа на серийное производство печатных плат».