पीसीबी डिज़ाइन ईवी डीसी-डीसी कनवर्टर सिस्टम में दक्षता कैसे बढ़ाता है

ईवी डीसी-डीसी कन्वर्टर्स के प्रदर्शन और दीर्घायु को बेहतर बनाने के लिए पीसीबी अनुप्रयोग अत्यंत महत्वपूर्ण है। इंजीनियर पावर और नियंत्रण सर्किटों को प्रभावी ढंग से एकीकृत करने के लिए विशेष मुद्रित सर्किट बोर्ड विकसित करते हैं। यह पीसीबी अनुप्रयोग, सिस्टम को एक छोटे से स्थान में उच्च शक्ति घनत्व प्रदान करते हुए ईएमसी प्रदर्शन में सुधार करने में सक्षम बनाता है। परिणामस्वरूप, बैटरी इलेक्ट्रिक वाहन बेहतर ऊर्जा प्रबंधन, ऊर्जा अपव्यय को कम करने और ऊष्मा अपव्यय में सुधार कर सकते हैं। नीचे दी गई तालिका दर्शाती है कि एम्बेडेड पीसीबी अनुप्रयोग तकनीक इलेक्ट्रिक वाहन पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में पावर, ईएमसी और विश्वसनीयता में कैसे योगदान देती है।

पहलू	उच्च शक्ति घनत्व और विश्वसनीयता में योगदान
लघुरूपण	पीसीबी अनुप्रयोग के भीतर घटकों को शामिल करने से स्थान की बचत होती है, जिससे सिस्टम छोटा हो जाता है और अधिक बिजली संभालने में सक्षम हो जाता है।
गर्मी लंपटता	सीसा फ्रेम गर्मी को कुशलतापूर्वक वितरित करते हैं, और तांबे से भरे माइक्रो विया थर्मल प्रतिरोध को कम करते हैं, जिससे सिस्टम मजबूत होता है।
विद्युत प्रदर्शन	पीसीबी अनुप्रयोग में कम बांड तार प्रतिरोध और न्यूनतम परजीवी प्रेरकत्व, कम ऊर्जा हानि के साथ तीव्र स्विचिंग को सक्षम बनाता है।
विश्वसनीयता	एम्बेडेड पीसीबी अनुप्रयोग प्रौद्योगिकी प्रणाली की विश्वसनीयता को बढ़ाती है, तथा पावर साइकलिंग परीक्षण 700,000 चक्रों से अधिक स्थायित्व प्रदर्शित करते हैं।
सिस्टम इंटीग्रेशन	एकल पीसीबी अनुप्रयोग पर पावर और नियंत्रण सर्किट को संयोजित करने से डिजाइन सरल हो जाता है, आकार और लागत कम हो जाती है, तथा ईएमसी प्रदर्शन में वृद्धि होती है।
उच्च वर्तमान क्षमता	पीसीबी अनुप्रयोग में बेहतर थर्मल प्रबंधन के साथ एम्बेडेड शंट अधिक सटीक उच्च धारा माप की अनुमति देते हैं।
लागत में कमी	पीसीबी अनुप्रयोग के माध्यम से कनेक्टर्स, केबल्स, कूलिंग और छोटे आकार के भागों की आवश्यकता को कम करने से समग्र प्रणाली लागत कम हो जाती है।
प्रयोज्यता	यह पीसीबी अनुप्रयोग कम वोल्टेज उच्च धारा और उच्च वोल्टेज विस्तृत बैंड गैप अर्धचालक कार्यान्वयन दोनों के लिए उपयुक्त है।

चाबी छीन लेना

• स्मार्ट पीसीबी डिज़ाइन इलेक्ट्रिक वाहनों के डीसी-डीसी कन्वर्टर्स को बेहतर ढंग से काम करने में मदद करता है। यह उन्हें छोटा और हल्का बनाता है। साथ ही, उनकी शक्ति भी बढ़ाता है। तांबे की मोटी परतें ऊष्मा को अच्छी तरह से फैलाती हैं। थर्मल वाया कन्वर्टर्स को ठंडा रखने में मदद करते हैं, जिससे वे अधिक विश्वसनीय बनते हैं। बेहतर पीसीबी लेआउट विद्युत शोर को कम करता है। अच्छी ग्राउंडिंग भी सहायक होती है। इससे सिस्टम स्थिर और सुरक्षित बनता है। पावर और कंट्रोल सर्किट को एक ही पीसीबी पर रखने से जगह की बचत होती है। इससे लागत भी कम होती है और प्रदर्शन बेहतर होता है। उन्नत सुविधाएँ और भी अधिक सहायक होती हैं। द्विदिशात्मक पावर फ्लो और सिंक्रोनस रेक्टिफिकेशन ऊर्जा की बचत करते हैं। ये सिस्टम को अधिक कुशल भी बनाते हैं।

डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में पीसीबी अनुप्रयोग

बिजली वितरण और सिग्नल नियंत्रण

डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है । यह कम जगह में पावर और कंट्रोल सिग्नल को स्थानांतरित करने में मदद करता है। इंजीनियर पीसीबी को इस तरह डिजाइन करते हैं कि यह मजबूत धाराओं और संवेदनशील सिग्नलों को एक साथ संभाल सके। इससे इलेक्ट्रिक वाहनों को पावर का बेहतर उपयोग करने और सुचारू रूप से काम करने में मदद मिलती है।

पीसीबी एप्लिकेशन बैटरी से लाइट, स्क्रीन और मोटर जैसी चीजों को बिजली सप्लाई करता है। सावधानीपूर्वक डिजाइन यह सुनिश्चित करता है कि बिजली सप्लाई करने वाले पुर्जों को स्थिर वोल्टेज और करंट मिले। इससे ऊर्जा हानि और वोल्टेज में गिरावट कम होती है। पीसीबी पर सिग्नल लाइनें माइक्रोकंट्रोलर और पावर कन्वर्टर के बीच नियंत्रण संदेश पहुंचाती हैं। इससे सिस्टम तेजी से प्रतिक्रिया कर पाता है और बिजली को बेहतर ढंग से नियंत्रित कर पाता है।

कुछ डीसी-डीसी कन्वर्टर, जैसे कि MPQ2967-AEC1 और MPQ86960-AEC1 वाले, यह दिखाते हैं कि पावर और कंट्रोल सर्किट को एक ही पीसीबी पर रखने से कितना फायदा होता है। ये डिज़ाइन कार की कठिन परिस्थितियों में भी स्थिर पावर और अच्छे सिग्नल प्रदान करते हैं। साथ ही, ये एडवांस्ड ड्राइवर असिस्टेंस सिस्टम (ADAS) को बेहतर ढंग से काम करने में मदद करते हैं।

सलाह: इंजीनियर पावर और सिग्नल लेयर्स को अलग रखने के लिए मल्टी-लेयर पीसीबी डिजाइन का उपयोग करते हैं। इससे हस्तक्षेप कम होता है और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक कम्पैटिबिलिटी (ईएमसी) में मदद मिलती है।

घटकों का एकीकरण

ट्रांसफॉर्मर और पावर स्टेज को सीधे पीसीबी पर लगाना एक बड़ा कदम है। इससे कनवर्टर छोटा और बनाने में आसान हो जाता है। पीसीबी के उपयोग से ऐसे डिज़ाइन बनाना संभव हो जाता है जो तंग जगहों में भी फिट हो जाएं और इलेक्ट्रिक कारों के लिए बहुत भारी न हों।

नीचे दी गई तालिका दर्शाती है कि भागों को एक साथ जोड़ने के विभिन्न तरीकों से शक्ति घनत्व, दक्षता में किस प्रकार परिवर्तन होता है, तथा उन्हें बनाना कितना आसान है:

कनवर्टर चरण / डिज़ाइन दृष्टिकोण	प्रमुख एकीकरण विशेषताएं	शक्ति घनत्व (W/in³)	दक्षता (%)	विनिर्माण और प्रदर्शन लाभ
पीसीबी-आधारित एकीकृत ट्रांसफार्मर के साथ एकल-चरण सीएलएलसी (1पीसीएलएलसी)	नियंत्रणीय रिसाव प्रेरकत्व के साथ एकीकृत मैट्रिक्स ट्रांसफार्मर; कम कोर हानि; छोटा पदचिह्न; 250 kHz स्विचिंग पर SiC उपकरण	250	98.4	कम चुंबकीय घटक; कॉम्पैक्ट डिजाइन; बढ़ी हुई शक्ति घनत्व और दक्षता
1PCLLC वाइंडिंग कैंसलेशन तकनीक के साथ	सामान्य मोड शोर को 17 डीबी तक कम करने के लिए वाइंडिंग रद्दीकरण; ईएमआई शमन	420	98.5	बेहतर EMI प्रदर्शन; बेहतर परजीवी प्रबंधन; उन्नत कनवर्टर विश्वसनीयता
तीन-चरण सीएलएलसी (3पीसीएलएलसी) अनुनाद कनवर्टर	एकीकृत तीन-चरण ट्रांसफार्मर जिसमें कई प्रेरक और ट्रांसफार्मर सम्मिलित हैं; सममित अनुनाद टैंक; मृदु स्विचिंग; परिवर्तनीय डीसी-लिंक वोल्टेज	330	98.7	सरलीकृत चुंबकीय घटक; मापनीय डिजाइन; बेहतर तापीय और विद्युत प्रदर्शन
बहु-चरण सीएलएलसी के लिए स्केलेबल मैट्रिक्स एकीकृत ट्रांसफार्मर	अंतर्निर्मित रिसाव प्रेरकत्व के साथ एकाधिक पूर्णतया युग्मित ट्रांसफार्मरों (पीसीटी) का एकीकरण; बेहतर फ्लक्स वितरण और कम कोर हानि के लिए मानकीकृत या अनुकूलित कोर	500	98.8	उच्च शक्ति घनत्व; अधिकतम दक्षता; उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए मापनीय; सुव्यवस्थित विनिर्माण

ट्रांसफ़ॉर्मर-इन-पैकेज डीसी-डीसी कनवर्टर ट्रांसफ़ॉर्मर और कनेक्शनों को अंदर रखने के लिए विशेष पैकेजिंग का उपयोग करता है। इसका मतलब है कम पुर्जे और छोटा आकार। इस डिज़ाइन में उच्च गुणवत्ता कारक और युग्मन कारक होता है। यह बेहतर काम करता है और 50 mW/mm² की अधिकतम शक्ति घनत्व तक पहुँच सकता है।

वास्तविक कारों के उदाहरण दर्शाते हैं कि यह अच्छी तरह काम करता है। इंटेली-फेज़ समाधान में MPQ86940 और MPQ2977-AEC1 नियंत्रक का उपयोग किया गया है। यह कारों में लगे उच्च-तकनीकी कंप्यूटरों को स्मार्ट और शक्तिशाली बिजली प्रदान करता है। MPQ4326-AEC1 डीसी-डीसी कनवर्टर एक छोटे पीसीबी पर पावर मैनेजमेंट आईसी भी लगाता है । इससे यह ठंडा रहता है और कठिन परिस्थितियों में भी बेहतर ढंग से काम करता है।

नोट: पीसीबी पर पावर सेमीकंडक्टर और ट्रांसफार्मर लगाने से पावर घनत्व बढ़ जाता है। इससे निर्माण आसान हो जाता है, लागत कम आती है और सिस्टम अधिक विश्वसनीय हो जाता है।

प्रिंटेड सर्किट बोर्ड में अधिक पुर्जे जोड़ने से डीसी-डीसी कन्वर्टर द्वारा इलेक्ट्रिक वाहनों को दी जाने वाली सहायता में बदलाव आता है। पीसीबी अनुप्रयोग की नई विधियों के साथ, इंजीनियर छोटे, मजबूत और भरोसेमंद पावर सिस्टम बनाते हैं। ये सिस्टम नई कार तकनीक को बेहतर ढंग से काम करने में मदद करते हैं।

पीसीबी सामग्री और निर्माण

भारी तांबा और उच्च-धारा के निशान

इंजीनियर ईवी डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में पीसीबी निर्माण के लिए भारी तांबे की परतें चुनते हैं। ये मोटे तांबे के टुकड़े 4 औंस से 14 औंस प्रति वर्ग फुट के बीच होते हैं। ये बोर्ड को उच्च धारा, कभी-कभी 200 एम्पियर तक, वहन करने में मदद करते हैं। भारी तांबा हीट सिंक की तरह काम करता है और गर्मी को अच्छी तरह फैलाता है। यह गर्म स्थानों को रोकता है और बोर्ड को 20-30°C तक ठंडा रखता है। यह सिस्टम को कठिन कार परिस्थितियों में भी विश्वसनीय बनाए रखने में मदद करता है।

निर्माता चुनिंदा प्लेटिंग का इस्तेमाल करके सिर्फ़ ज़रूरत पड़ने पर ही ज़्यादा तांबा डालते हैं। इससे पैसे की बचत होती है और उच्च-धारा पथों को सहारा मिलता है। चौड़े ट्रेस और कई वाया ज़्यादा धारा ले जाने और ऊष्मा फैलाने में मदद करते हैं। उदाहरण के लिए, 10 औंस का तांबे का ट्रेस 65 इंच की चौड़ाई पर लगभग 0.25 एम्पियर ले जा सकता है। यह आधुनिक पावर इलेक्ट्रॉनिक सबस्ट्रेट्स की ज़रूरतों के अनुरूप है।

सलाह: तांबे की मोटी परत का प्रतिरोध कम होता है। इसका मतलब है कि वोल्टेज में कमी कम होगी और पुर्जों को अधिक शक्ति मिलेगी। इससे पीसीबी और पावर इलेक्ट्रॉनिक सब्सट्रेट अधिक समय तक चलते हैं और बेहतर काम करते हैं।

तांबे की मोटाई (औंस/फ़ीट²)	वर्तमान क्षमता (A)	मुख्य लाभ
4	60	मध्यम भार के लिए अच्छा
6	150	उत्कृष्ट गर्मी लंपटता
10	200	अधिकतम विश्वसनीयता और शक्ति

मल्टी-लेयर और आईएमएस बोर्ड

इलेक्ट्रिक वाहनों के डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में मल्टी-लेयर पीसीबी डिज़ाइन और इंसुलेटेड मेटल सबस्ट्रेट (आईएमएस) बोर्ड महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। मल्टी-लेयर बोर्ड में कई परतें एक साथ स्टैक की जाती हैं। इससे पावर और कंट्रोल सर्किट अलग-अलग रहते हैं। यह बोर्ड को बेहतर ढंग से काम करने में मदद करता है और विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को कम करता है। आईएमएस बोर्ड में एक धातु का आधार होता है जो गर्मी को तेजी से फैलाता है। यह उन्हें उच्च-शक्ति वाले उपयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है।

इन बोर्डों में हैलोजन-मुक्त, उच्च CTI और उच्च RTI सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। पैनासोनिक का R-3566D इसका एक उदाहरण है। ये सामग्रियाँ उच्च ताप और वोल्टेज को संभाल सकती हैं। ये SiC और GaN उपकरणों जैसे नए पावर इलेक्ट्रॉनिक सबस्ट्रेट्स को सपोर्ट करती हैं। IMS बोर्ड सामान्य बोर्डों की तुलना में पुर्जों को 20-30°C ठंडा बना सकते हैं। इससे पुर्जे दोगुने समय तक चलते हैं और सिस्टम अधिक विश्वसनीय बनता है।

• ऊपर से ठंडा करने से तापीय प्रतिरोध 35% तक कम हो सकता है।

• आईएमएस बोर्डों को बड़े हीट सिंक की आवश्यकता नहीं होती, इसलिए वे छोटे और हल्के होते हैं।

• बेहतर ताप प्रसार और इन्सुलेशन, ताप और कंपन से होने वाली विफलताओं को रोकते हैं।

सही पीसीबी सामग्री और उन्हें बनाने के सही तरीकों का उपयोग करने से इलेक्ट्रिक वाहन (ईवी) पावर सिस्टम में उच्च दक्षता, मजबूत ऊष्मा प्रसार और दीर्घकालिक विश्वसनीयता प्राप्त होती है।

लेआउट और ईएमआई प्रबंधन

ट्रेस रूटिंग और ग्राउंडिंग

इंजीनियर जानते हैं कि कारों में इस्तेमाल होने वाले डीसी-डीसी कन्वर्टर्स के लिए लेआउट बहुत महत्वपूर्ण होता है । वे विशेष ग्राउंड और पावर लेयर्स वाले मल्टीलेयर पीसीबी डिज़ाइन का उपयोग करते हैं। इससे ईएमसी की समस्या कम होती है और सिग्नल साफ रहते हैं। सिग्नल लेयर्स को ग्राउंड लेयर्स के पास रखने से लूप छोटे हो जाते हैं और रेडिएशन कम होता है। ग्राउंड और पावर लेयर्स के पास होने से डीकपलिंग में मदद मिलती है और ईएमसी बेहतर होता है।

ट्रेस और ग्राउंड को रूट करने के कुछ अच्छे तरीके हैं:

• एंटीना प्रभाव और ईएमसी समस्याओं को रोकने के लिए ट्रेस को छोटा और सीधा रखें।

• ग्राउंड परतों को जोड़ने के लिए सिलाई विआस का उपयोग करें, जो प्रतिबाधा को कम करता है और वापसी पथों में मदद करता है।

• वोल्टेज को स्थिर रखने और शोर को कम करने के लिए आईसी पावर पिन के पास डिकप्लिंग कैपेसिटर लगाएं।

• ट्रेस में समकोण मोड़ का उपयोग न करें; ईएमसी के लिए 45 डिग्री या घुमावदार मोड़ बेहतर होते हैं।

स्टार ग्राउंडिंग जैसी अच्छी ग्राउंडिंग, ग्राउंड लूप और शोर को रोकने में मदद करती है। तेज़ सिग्नलों को धीमे या एनालॉग सिग्नलों से दूर रखने से हस्तक्षेप रुकता है। ये कदम डीसी-डीसी कन्वर्टर्स को कारों के लिए सख्त ईएमसी नियमों को पूरा करने में मदद करते हैं ।

अच्छा पीसीबी लेआउट और ग्राउंडिंग न केवल ईएमसी को कम करता है बल्कि कन्वर्टर्स को अधिक विश्वसनीय बनाता है और बेहतर काम करता है।

परजीवियों को न्यूनतम करना

परजीवी प्रेरकत्व और धारिता, ईएमसी समस्याओं और डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में कम दक्षता का कारण बन सकते हैं। इंजीनियर, संधारित्रों और प्रतिरोधकों के लिए सतह पर लगने वाले उपकरणों का चयन करते हैं ताकि कनेक्शन छोटा रहे और परजीवी प्रभाव कम हो। वे कई आवृत्तियों पर कम प्रतिबाधा प्राप्त करने के लिए फिल्म और सिरेमिक दोनों प्रकार के संधारित्रों का उपयोग करते हैं, जिससे ईएमसी को मदद मिलती है।

परजीवियों को और भी कम करने के लिए:

• इंजीनियर पतली रेखाओं के स्थान पर ठोस, चौड़ी जमीनी परतें बनाते हैं।

• वे चेसिस तक लंबे तारों का उपयोग नहीं करते, जिससे लूप बड़े हो सकते हैं और ईएमसी समस्याएं पैदा हो सकती हैं।

• संधारित्र समूहों में अवमंदन प्रतिरोधक अनुनाद को रोकते हैं जो ईएमसी को नुकसान पहुंचा सकता है।

पुर्जों को सावधानीपूर्वक और सही ढंग से लगाने से संवाहक और विकिरणित उत्सर्जन, दोनों को कम करने में मदद मिलती है। उदाहरण के लिए, सिग्नल ट्रेस के नीचे ग्राउंड लेयर लगाने से चुंबकीय फ्लक्स और ईएमसी कम हो जाता है। शोर करने वाले स्विचिंग पुर्जों को संवेदनशील सर्किट से दूर रखने से विद्युत चुम्बकीय युग्मन भी कम होता है।

इन लेआउट विचारों का उपयोग करने वाले कार डीसी-डीसी कन्वर्टर्स बेहतर ईएमसी दिखाते हैं और सीआईएसपीआर 25 जैसे मानकों को पूरा करते हैं। ये तरीके सुनिश्चित करते हैं कि कठिन कार कार्यों में बिजली स्थिर और सुरक्षित है।

इलेक्ट्रिक वाहन कन्वर्टर्स में थर्मल प्रबंधन

ऊष्मा प्रसार और विअस

इंजीनियर इलेक्ट्रिक वाहनों के डीसी-डीसी कन्वर्टर से गर्मी को बाहर निकालने के लिए स्मार्ट तरीके अपनाते हैं। पीसीबी में तांबे की मोटी परतें गर्म हिस्सों से गर्मी को दूर ले जाती हैं। तांबा पूरे बोर्ड पर गर्मी फैलाता है। थर्मल वियास नामक छोटे धातु से भरे छेद बहुत गर्म हिस्सों के नीचे स्थित होते हैं। ये वियास पीसीबी की परतों के बीच गर्मी का संचार करते हैं। इससे गर्म धब्बे नहीं बनते और बोर्ड का तापमान एक समान बना रहता है।

ऊष्मा फैलाने वाले तल ज़मीन या बिजली की परतों से जुड़ते हैं। ये तल तापीय प्रतिरोध को कम करते हैं और ऊष्मा को तेज़ी से बाहर निकलने में मदद करते हैं। डायरेक्ट बॉन्डेड कॉपर (DBC) सबस्ट्रेट्स में सिरेमिक से चिपके मोटे तांबे का इस्तेमाल होता है। यह व्यवस्था ऊष्मा को तेज़ी से फैलाती है और पीसीबी को मज़बूत बनाए रखती है, तब भी जब कार बहुत ज़्यादा बिजली का इस्तेमाल करती है। DBC तकनीक उच्च धारा को संभालती है और तनाव के दौरान सिस्टम को मज़बूत बनाए रखने में मदद करती है।

इंजीनियर तांबे को इसलिए चुनते हैं क्योंकि यह ऊष्मा का अच्छा संचरण करता है। इससे उच्च-शक्ति वाले इलेक्ट्रिक वाहनों के संवेदनशील हिस्से सुरक्षित रहते हैं।

हीट सिंक का एकीकरण

पीसीबी डिज़ाइन में हीट सिंक जोड़ने से पावर मॉड्यूल द्वारा ऊष्मा प्रबंधन का तरीका बदल जाता है। इंजीनियर बोर्ड पर हीट सिंक लगाकर ईवी डीसी-डीसी कनवर्टर के सबसे गर्म हिस्सों का तापमान कम कर देते हैं। हीट सिंक के बिना, पुर्जे बहुत ज़्यादा गर्म होकर टूट सकते हैं। हीट सिंक के साथ, सिस्टम ठंडा और सुरक्षित रहता है।

इस तरह, अतिरिक्त पैड, ग्रीस या क्लैंप की ज़रूरत नहीं पड़ती। इससे मशीनें बोर्ड भी बना पाती हैं, जिससे पैसे की बचत होती है और गलतियाँ भी कम होती हैं। भारी पीसीबी सामग्री के बजाय हल्के पीसीबी सामग्री का उपयोग करने से कार का वज़न कम होता है। पावर सेमीकंडक्टर्स पर हीट सिंक गर्मी को बाहर निकलने और पुर्जों को ठंडा रखने में मदद करते हैं। इससे इलेक्ट्रिक पावर इलेक्ट्रॉनिक्स ज़्यादा सुरक्षित और विश्वसनीय बनते हैं।

पीसीबी डिज़ाइन में एक अच्छी थर्मल प्रबंधन योजना इलेक्ट्रिक वाहनों को लंबे समय तक चलने में मदद करती है। यह ज़्यादा गरम होने से रोकती है, उच्च धारा को सहारा देती है, और कठिन परिस्थितियों में सिस्टम को सुरक्षित रखती है।

एकीकरण और लघुकरण

एम्बेडेड घटक

इंजीनियर इलेक्ट्रिक वाहनों को बेहतर ढंग से चलाने में मदद के लिए लघुकरण का उपयोग करते हैं। वे पावर और कंट्रोल सर्किट को एक ही पीसीबी पर एक साथ रखते हैं। इससे सिस्टम छोटा हो जाता है और तंग जगहों में भी फिट हो जाता है। इसके कई फायदे हैं:

• दोनों सर्किटों को एक पीसीबी पर रखने से कनवर्टर छोटा और हल्का हो जाता है।

• उच्च स्विचिंग गति संभव है, इसलिए छोटे भागों का उपयोग किया जा सकता है। इससे डिज़ाइन हल्का और छोटा हो जाता है।

• कम अवांछित धारिता वाले छोटे चोक उच्च गति पर सहायक होते हैं। इससे आकार और वज़न भी कम होता है।

• अच्छे PWM वाले तीव्र माइक्रोकंट्रोलर नए पावर डिजाइन और तीव्र स्विचिंग में सहायता करते हैं।

• ये सभी चीजें सिस्टम को एक साथ रखना आसान बनाती हैं, वजन कम करती हैं, तथा इसे अधिक मजबूत और ठंडा बनाती हैं।

मिनिएचराइजेशन से बैटरी इलेक्ट्रिक वाहनों को पावर मॉड्यूल को मज़बूत और ठंडा करने में आसान बनाने में भी मदद मिलती है। यह लंबे समय तक चलने वाले इस्तेमाल के लिए बहुत ज़रूरी है।

कॉम्पैक्ट सिस्टम डिज़ाइन

इलेक्ट्रिक वाहनों में इस्तेमाल होने वाले छोटे पीसीबी डिज़ाइन में बोर्ड बनाने के लिए एसएमटी और एचडीआई जैसी नई तकनीकों का उपयोग किया जाता है। इन तकनीकों से इंजीनियर कॉम्पैक्ट लेआउट बना सकते हैं, जिससे जगह और वजन दोनों की बचत होती है। इन विधियों का उपयोग करके पीसीबी का आकार 30% तक छोटा किया जा सकता है। छोटे सिग्नल पाथ बोर्ड को बेहतर ढंग से काम करने में मदद करते हैं और शोर को कम करते हैं।

• मशीनें बोर्ड पर छोटे-छोटे पुर्जे बहुत सटीकता से लगाती हैं। इससे पैसे की बचत होती है और बोर्ड पर ज़्यादा पुर्जे फिट हो जाते हैं।

• छोटे बोर्ड कम सामग्री का उपयोग करते हैं, जिससे पैसे की बचत होती है और कार हल्की हो जाती है।

• पॉलीमाइड और एलसीपी जैसी विशेष सामग्रियां बोर्ड को गर्मी से निपटने और संकेतों को स्पष्ट रखने में मदद करती हैं।

• लचीले और कठोर-लचीले पीसीबी को मोड़ा या मोड़ा जा सकता है, इसलिए वे कारों में छोटे स्थानों में फिट हो जाते हैं।

छोटे आकार के पीसीबी इंजीनियरों को छोटे बोर्डों में और अधिक सुविधाएँ जोड़ने में मदद करते हैं। इससे ADAS और बैटरी प्रबंधन जैसी अन्य प्रणालियों के लिए ज़्यादा जगह मिलती है। गर्मी को अच्छी तरह फैलाने वाले छोटे बोर्ड बैटरियों को बेहतर ढंग से काम करने और ऊर्जा बचाने में मदद करते हैं। ये पीसीबी डेटा को तेज़ और अधिक विश्वसनीय बनाकर सेल्फ-ड्राइविंग जैसी चीज़ों में भी मदद करते हैं। इस वजह से, इलेक्ट्रिक कारें हल्की, स्मार्ट और सस्ती होती हैं, साथ ही उनकी रेंज और विश्वसनीयता भी बेहतर होती है।

डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में उन्नत सुविधाएँ

द्विदिशीय विद्युत प्रवाह

आजकल इलेक्ट्रिक कारों में इस्तेमाल होने वाले डीसी-डीसी कन्वर्टर दोनों दिशाओं में बिजली का प्रवाह कर सकते हैं। इंजीनियर इसके लिए विशेष पीसीबी लेआउट का उपयोग करते हैं। इन डिज़ाइनों में फुल-ब्रिज सेटअप के साथ सीएलएलसी रेजोनेंट कन्वर्टर का इस्तेमाल होता है। यह कन्वर्टर बैटरी से ग्रिड तक या वापस ग्रिड तक ऊर्जा भेजता है। इससे व्हीकल-टू-ग्रिड (V2G) और व्हीकल-टू-बिल्डिंग (V2B) जैसी सुविधाओं में मदद मिलती है।

• अनुनाद परिवर्तक सॉफ्ट-स्विचिंग का उपयोग करता है, इसलिए यह कम ऊष्मा उत्पन्न करता है और कम ऊर्जा खोता है।

• SiC और GaN जैसे वाइड बैंडगैप अर्धचालक तेजी से स्विच करते हैं और कम बिजली बर्बाद करते हैं।

• वास्तविक समय माइक्रोकंट्रोलर और गेट ड्राइवर यह नियंत्रित करते हैं कि बिजली किस दिशा में जाएगी।

• बेहतर नियंत्रण के लिए पीसीबी में सेंसिंग और फीडबैक सर्किट हैं।

परीक्षणों से पता चलता है कि ये द्विदिशात्मक डीसी-डीसी कन्वर्टर्स असली कारों में भी अच्छी तरह काम करते हैं। ये अलग-अलग बैटरी वोल्टेज के अनुसार बदल सकते हैं और चार्ज करते समय कम ऊर्जा की हानि करते हैं। सॉफ्ट-स्विचिंग विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को भी कम करता है, इसलिए यह प्रणाली अधिक विश्वसनीय है। ये विशेषताएँ इलेक्ट्रिक कारों को तेज़ी से चार्ज करने और ज़रूरत पड़ने पर बिजली वापस ग्रिड में भेजने में मदद करती हैं।

डी.सी.-डी.सी. कन्वर्टर्स में द्विदिशीय विद्युत प्रवाह, इलेक्ट्रिक कारों को अधिक विकल्प प्रदान करता है तथा नई ऊर्जा उपयोगों में सहायता करता है।

तुल्यकालिक सुधार

नए डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में सिंक्रोनस रेक्टिफिकेशन एक और महत्वपूर्ण विशेषता है। डायोड के बजाय, इंजीनियर कम प्रतिरोध वाले MOSFETs का उपयोग करते हैं। इससे वोल्टेज ड्रॉप कम होता है और बिजली की बचत होती है। पीसीबी नए MOSFET पैकेजों को सपोर्ट करता है जो अधिक करंट ले जाते हैं और गर्मी को बेहतर तरीके से फैलाते हैं।

• तुल्यकालिक सुधार सही समय पर MOSFETs को स्विच करने के लिए नियंत्रण IC का उपयोग करता है।

• पीसीबी डिजाइन कनवर्टर को उच्च आवृत्तियों पर चलने की अनुमति देता है , जिससे यह छोटा और अधिक कुशल बन जाता है।

• बेहतर तापीय प्रबंधन प्रणाली को ठंडा रखता है और अच्छी तरह से काम करता है।

परीक्षणों से पता चलता है कि सिंक्रोनस रेक्टिफिकेशन कन्वर्टर्स को ज़्यादा कुशल और ठंडा बनाता है। उदाहरण के लिए, स्मार्ट कंट्रोल रिवर्स कंडक्शन को रोकता है, जिससे ऊर्जा की बर्बादी होती है। उच्च-आवृत्ति संचालन का मतलब यह भी है कि डीसी-डीसी कन्वर्टर छोटा हो सकता है, जिससे इलेक्ट्रिक कारों में जगह की बचत होती है।

स्मार्ट पीसीबी डिजाइन द्वारा संभव बनाया गया तुल्यकालिक सुधार, डीसी-डीसी कन्वर्टर्स को कम अपव्यय के साथ अधिक शक्ति प्रदान करने में मदद करता है।

पीसीबी डिज़ाइन ईवी डीसी-डीसी कन्वर्टर्स को बेहतर ढंग से काम करने और लंबे समय तक चलने में मदद करता है। यह सिस्टम को अधिक विश्वसनीय बनाता है और इसके प्रदर्शन को बेहतर बनाता है। उच्च शक्ति घनत्व कारों को हल्का और तेज़ प्रतिक्रिया देता है। तेज़ प्रतिक्रिया का मतलब है कि सिस्टम तेज़ी से पावर बदल सकता है। द्विदिशीय विद्युत प्रवाह ऊर्जा को दोनों दिशाओं में प्रवाहित होने देता है, जिससे ऊर्जा की बचत होती है। नीचे दी गई तालिका दर्शाती है कि ये विशेषताएँ ईएमसी में कैसे मदद करती हैं और सिस्टम को बेहतर ढंग से काम करने में कैसे मदद करती हैं:

पीसीबी डिज़ाइन पहलू / पावर मॉड्यूल विशेषता	ईवी डीसी-डीसी कनवर्टर की दक्षता, विश्वसनीयता और प्रदर्शन पर प्रभाव
उच्च शक्ति घनत्व मॉड्यूल	छोटे, हल्के वाहन; बेहतर रेंज और पैकेजिंग
तेज़ क्षणिक प्रतिक्रिया	बेहतर प्रणाली विश्वसनीयता; तीव्र शक्ति परिवर्तन
48V क्षेत्रीय आर्किटेक्चर	उच्च विद्युत दक्षता; कम हानि
द्विदिशीय शक्ति प्रवाह	उन्नत ऊर्जा पुनर्प्राप्ति; बेहतर ईएमसी
मॉड्यूलर, स्केलेबल डिज़ाइन	कम लागत; आसान रखरखाव
उच्च दक्षता विनियमन	कम बिजली की हानि; बेहतर तापीय प्रबंधन

सही सामग्री का चुनाव, अच्छा लेआउट और स्मार्ट कूलिंग, ये सभी ज़रूरी हैं। पुर्जों को स्मार्ट तरीके से जोड़ने से भी पावर इलेक्ट्रॉनिक्स को बेहतर ढंग से काम करने में मदद मिलती है। नीचे दी गई तालिका दर्शाती है कि प्रत्येक पुर्जा कैसे मदद करता है:

पहलू	ईवी पावर इलेक्ट्रॉनिक्स अनुकूलन में योगदान
सामग्री विकल्प	वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर और थर्मल इंटरफेस सामग्री गर्मी अपव्यय और वोल्टेज हैंडलिंग में सुधार करती है
ख़ाका	दो तरफा कूलिंग और स्मार्ट ट्रेस रूटिंग ईएमसी और विश्वसनीयता को बढ़ावा देते हैं
थर्मल मैनेजमेंट	उन्नत शीतलन और ताप सिंक हॉटस्पॉट और विफलता बिंदुओं को कम करते हैं
एकीकरण	एक मॉड्यूल में तापीय और विद्युतीय विशेषताओं के संयोजन से दक्षता बढ़ती है और आपूर्ति श्रृंखला छोटी होती है

इंजीनियर ईएमसी और विश्वसनीयता को बेहतर बनाने के लिए इन सुझावों का उपयोग कर सकते हैं:

• उच्च आवृत्ति वाले ट्रेस को छोटा और चौड़ा बनाएं।

• शोरगुल वाले और संवेदनशील सिग्नलों को अलग रखें।

• वियुग्मन संधारित्रों को विद्युत भागों के पास रखें।

• ईएमसी समस्याओं को रोकने के लिए परिरक्षण और फिल्टर का उपयोग करें।

• चीजों को ठंडा करने के लिए हीट सिंक और थर्मल वियास जोड़ें।

तकनीकी प्रबंधकों को ऐसे डिज़ाइन टूल्स का इस्तेमाल करना चाहिए जो एक साथ काम करें। उन्हें कंप्यूटर मॉडल और वास्तविक हार्डवेयर के साथ पहले ही परीक्षण कर लेना चाहिए। इससे ईएमसी समस्याओं का पता लगाने में मदद मिलती है, इससे पहले कि वे बड़ी समस्या बन जाएँ। इन विचारों का उपयोग करके, टीमें मज़बूत और कुशल ईवी डीसी-डीसी कन्वर्टर्स बना सकती हैं। ये कन्वर्टर्स कड़े ईएमसी नियमों का पालन करेंगे और भविष्य में इलेक्ट्रिक कारों को बेहतर ढंग से काम करने में मदद करेंगे।

सामान्य प्रश्न

ईवी डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में बहु-परत पीसीबी का उपयोग करने का मुख्य लाभ क्या है?

मल्टी-लेयर पीसीबी इंजीनियरों को पावर और कंट्रोल सर्किट को अलग रखने की सुविधा देते हैं। इससे शोर कम होता है और सिस्टम बेहतर ढंग से काम करता है। साथ ही, इससे कनवर्टर इलेक्ट्रिक कारों में छोटी जगहों में भी आसानी से फिट हो जाता है।

इंजीनियर उच्च-शक्ति डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में ताप का प्रबंधन कैसे करते हैं?

इंजीनियर मोटे तांबे, थर्मल विया और हीट सिंक का इस्तेमाल करते हैं। ये उपकरण गर्म हिस्सों से गर्मी को दूर करने में मदद करते हैं। अच्छा ताप नियंत्रण सिस्टम को सुरक्षित रखता है और इसे लंबे समय तक चलने में मदद करता है।

ईवी डीसी-डीसी कनवर्टर डिजाइन में ईएमसी क्यों महत्वपूर्ण है?

ईएमसी यह सुनिश्चित करता है कि कनवर्टर अतिरिक्त विद्युतीय शोर न करे। इससे कार के इलेक्ट्रॉनिक उपकरण बिना किसी समस्या के चलते रहते हैं। सुरक्षा और अच्छे प्रदर्शन के लिए ईएमसी नियमों का पालन करना बेहद ज़रूरी है।

क्या पीसीबी डिज़ाइन इलेक्ट्रिक वाहन के वजन को प्रभावित कर सकता है?

हाँ। छोटे पीसीबी लेआउट और बिल्ट-इन पार्ट्स पावर मॉड्यूल को छोटा और हल्का बनाते हैं। हल्के सिस्टम इलेक्ट्रिक कारों को ज़्यादा दूरी तक जाने और कम ऊर्जा खपत करने में मदद करते हैं।

पीसीबी-आधारित कन्वर्टर्स में वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर क्या भूमिका निभाते हैं?

SiC और GaN जैसे वाइड बैंडगैप सेमीकंडक्टर तेज़ी से स्विच करते हैं और ज़्यादा वोल्टेज संभालते हैं। इनकी मदद से इंजीनियर छोटे और बेहतर कन्वर्टर बना सकते हैं जो ज़्यादा गर्म नहीं होते।