EN3213 Konstruktion av mönsterkort för effektelektronik 8,0 hp

PCB Design for Power Electronics

Den överväldigande majoriteten av elektroniska produkter tillämpar kretskort (PCB:er) för att både elektriskt att mekaniskt sammankoppla komponenter. PCB:er möjliggör inte bara effektiv tillverkningsteknik för komplexa elektroniska kretslösningar, utan ger även möjlighet till kompakta konstruktioner med oöverträffad integration av funktionalitet. Mot denna bakgrund spelar PCB-konstruktion en central roll avseende prestanda och tillförlitlighet i elektroniska produkter.

PCB-konstruktion för effektelektroniska tillämpningar anses vara särskilt utmanande till följd av de många olika kretstyper som erfordras för detta ändamål, samt deras eventuella (oönskade) interaktion. Potentiella problem måste identifieras och åtgärdas vid ett tidigt utvecklingsskede för att undvika avsevärda tidsfördröjningar och kostnader i senare skeden. Avsikten med kursen är att tillhandahålla nödvändiga, grundläggande kunskaper inom PCB-konstruktion för doktorander med inriktning på  effektelektronik, och förmedla fördjupade kunskaper avseende konstruktionsmässiga utmaningar. Kursen är essentiell för studenter som utvecklar, och är inblandade i experimentell utvärdering av effektelektronik.

  • Utbildningsnivå

    Forskarnivå
  • Huvudområde

  • Betygsskala

    P, F

Det finns inget planerat kurstillfälle.

Lärandemål

Efter fullgjord kurs skall studenten kunna:
•    Utföra PCB-konstruktion medelst en CAD-mjukvara avsedd för detta ändamål.
•    Definiera schemasymboler och kapslingar för komponenter  i ovan nämnda CAD-mjukvara
•    Upprätta automatisk kontroll av konstruktionsregler anpassade för specifika PCB-konstruktioner
•    Beräkna erfordrade luft- och krypavstånd för PCB-konstruktioner, samt förstå de faktorer som påverkar dessa avstånd.
•    Beräkna erfordrad spårbredd för PCB-konstruktioner, samt förstå de faktorer som påverkar dessa avstånd.
•    Tillämpa rätt isolationstyp för olika delar av kretsar (enkel, dubbel, förstärkt, funktionsmässig).
•    Tillämpa elsäkerhetsstandarder för laboratorieutrustning, samt andra erfordrade reglementen.
•    Finna komponenters elsäkerhetsinformation från reglerande organ, samt tillämpa dessa i syfte att uppfylla elsäkerhetsstandarder.
•    Utföra mätningar av utstrålad elektromagnetisk strålning.
•    Identifiera potentiella EMC-problem i krets-scheman, samt åtgärda dessa vid ett tidigt skede.
•    Utforma jord-plan för att hantera både digital och analog elektronik i samma konstruktion, samt minimera överhörning.
•    Skydda elektriska anslutningspunker från elektrostatiska urladdningar.
•    Utforma PCB-konstruktion för effektiv tillverkning.
•    Göra granskning av andra PCB-konstruktioner för att maximera kvalité och minimera felsökningstid.
•    Utforma tydliga krets-scheman med syfte att förmedla konstruktionen på ett effektivt sätt.
•    Göra lämpliga materialval för PCB:n / lageruppbyggnad av för specifika kretskonstruktioner.

Kursens huvudsakliga innehåll

-    Användanet av en CAD-mjukvara avsedd för PCB-konstruktion
-    Implementera konstruktionsregler, samt tillämpa dessa överskådligt vid PCB-konstruktion.
-    Identifiera potentiella tillverkningsmässiga svårigheter.
-    Luft- och krypavstånd: Vilka aspekter avgör de erfordrade avstånden, och vad föreskriver elsäkerhetsstandarder.
-    Isolationsklassser, vilken klass ska tillämpas i de olika delarna av en kretskonstruktion.
-    Ledares strömbärande förmåga och erfordrad spårbredd för ytter- och innerlager.
-    Ledningsburen utstrålning för EMC-standarder, krav och testning.
-    Jordplan för analog- och digital elektronik.
-    EMC-filter
-    X och Y kondensatorer, användande samt säkerhetsklasser.
-    EMC-filtrering, filterval för impedansmatchning av filter till system.
-    Common mode induktanser, användning och konstruktion.
-    Omgivningsförhållanden: klasstyper, konstruktion förorenade miljöer (damm och smuts).

Kursupplägg

Föreläsningar, konstruktion av kretsschema + granskning + återkoppling, PCB-konstruktion + granskning + återkoppling.

Behörighet

Doktorander från KTH och andra universitet.

Litteratur

Föreläsningsmaterial, kompendier.

Utrustningskrav

Inget.

Examination

  • EXA1 - Examination, 8,0, betygsskala: P, F

Kursens innehåll fokuserar på utformning av kretsschema och PCB för effektelektroniska applikationer. Projektarbetet handleds av en extern senior expertkonsult  från indsutrin för att säkerställa att professionellt tillämpbar kompetens förmedlas. Erfarenheter visar att EMC-problem kan ha avsevärd inverkan på ledtider inom utveckling, och korrekt tillämpning av elsäkerhetsstandarder är essentiellt i alla konstruktioner. Den skriftliga examinationen har därför tyngdpunkten på teoretiska kunskaper av elektromagnetisk kompatibilitet (EMC), samt elsäkerhetsstandarder. Studenter skall inte bara inhämta teoretiska kunskaper inom PCB-konstruktion, utan även bemästra en CAD-mjukvara för PCB-konstruktion samt godkännas inom kursprojektet.

Krav för slutbetyg

Examinationen består av ett godkänt kursprojekt och en godkänd skriftlig examination. En fullständig schemakonstruktion samt PCB-konstruktion erfordras för godkännande inom kursen. Båda delar skall uppfylla elsäkerhetsstandarder, och även tillämpa adekvata åtgärder för för att uppfylla EMC-krav. Den skriftliga examinationen har tyngdpunkten på grunder inom EMC och elsäkerhet.

Ges av

EECS/Elkraftteknik

Examinator

Hans-Peter Nee <hansi@kth.se>

Versionsinformation

Kursplan gäller från och med VT2018.
Examinationsinformation gäller från och med VT2019.