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PCB設計之電流與線寬的關係
  1. [ 日期:2017-07-04 查看次數:2461 ]

本文轉自網絡;

文章出處:電子技術設計

 

關於pcb線寬和電流的經驗公式,關係表和軟件網上都很多,本文總結了八種電流與線寬的關係公式,表和計算公式,雖然各不相同,但大體上是相近的,大家可以在實際的PCB板設計中,綜合考慮PCB板的大小,通過電流,選擇一個合適的線寬。

    一、PCB電流與線寬

    PCB載流能力的計算一直缺乏權威的技術方法、公式,經驗豐富CAD工程師依靠個人經驗能作出較準確的判斷。但是對於CAD新手,不可謂遇上一道難題。

    PCB的載流能力取決與以下因素:線寬、線厚(銅箔厚度)、容許溫升。大家都知道,PCB走線越寬,載流能力越大。假設在同等條件下,10MIL的走線能承受1A,那麽50MIL的走線能承受多大電流,是5A嗎?答案自然是否定的。請看以下來來自國際權威機構提供的數據:

    供的數據:

    線寬的單位是:Inch(1inch=2.54cm=25.4mm)

    數據來源:MIL-STD-275 Printed Wiring for Electronic Equipment

 

    二、PCB設計銅鉑厚度、線寬和電流關係

    在了解PCB設計銅鉑厚度、線寬和電流關係之前先讓免费股票分析软件了解一下PCB 敷銅厚度的單位盎司、英寸和毫米之間的換算:"在很多數據表中,PCB 的敷銅厚度常常用盎司做單位,它與英寸和毫米的轉換關係如下:

    1 盎司 = 0.0014 英寸 = 0.0356 毫米(mm)

    2 盎司 = 0.0028 英寸 = 0.0712 毫米(mm)

    盎司是重量單位,之所以可以轉化為毫米是因為pcb的敷銅厚度是盎司/平方英寸"

    PCB設計銅鉑厚度、線寬和電流關係表

 

    也可以使用經驗公式計算:0.15×線寬(W)=A

    以上數據均為溫度在25℃下的線路電流承載值.

    導線阻抗:0.0005×L/W(線長/線寬)

    另外,導線的電流承載值與導線線的過孔數量焊盤的關係

    導線的電流承載值與導線線的過孔數量焊盤存在的直接關係(目前沒有找到焊盤和過孔孔徑每平方毫米對線路的承載值影響的計算公式,有心的朋友可以自己去找一下,個人也不是太清楚,不在說明)這裏隻做一下簡單的一些影響到線路電流承載值的主要因素。

    1、在表格數據中所列出的承載值是在常溫25度下的最大能夠承受的電流承載值,因此在實際設計中還要考慮各種環境、製造工藝、板材工藝、板材質量等等各種因素。所以表格提供隻是做為一種參考值。

    2、在實際設計中,每條導線還會受到焊盤和過孔的影響,如焊盤教多的線段,在過錫後,焊盤那段它的電流承載值就會大大增加了,可能很多人都有看過一些大電流板中焊盤與焊盤之間某段線路被燒毀,這個原因很簡單,焊盤因為過錫完後因為有元件腳和焊錫增強了其那段導線的電流承載值,而焊盤與焊盤之間的焊盤它的最大電流承載值也就為導線寬度允許最大的電流承載值。因此在電路瞬間波動的時候,就很容易燒斷焊盤與焊盤之間那一段線路,解決方法:增加導線寬度,如板不能允許增加導線寬度,在導線增加一層Solder層(一般1毫米的導線上可以增加一條0.6左右的Solder層的導線,當然你也增加一條1mm的Solder層導線)這樣在過錫過後,這條1mm的導線就可以看做一條1.5mm~2mm導線了(視導線過錫時錫的均勻度和錫量),如下圖:

    像此類處理方法對於那些從事小家電PCB Layout的朋友並不陌生,因此如果過錫量夠均勻也錫量也夠多的話,這條1mm導線就不止可以看做一條2mm的的導線了。而這點在單麵大電流板中有為重要。

 

    3、圖中焊盤周圍處理方法同樣是增加導線與焊盤電流承載能力均勻度,這個特別在大電流粗引腳的板中(引腳大於1.2以上,焊盤在3以上的)這樣處理是十分重要的。因為如果焊盤在3mm以上管腳又在1.2以上,它在過錫後,這一點焊盤的電流就會增加好幾十倍,如果在大電流瞬間發生很大波動時,這整條線路電流承載能力就會十分的不均勻(特別焊盤多的時候),仍然很容易造成焊盤與焊盤之間的線路燒斷的可能性。圖中那樣處理可以有效分散單個焊盤與周邊線路電流承載值的均勻度。

    最後再次說明:電流承載值數據表隻是一個絕對參考數值,在不做大電流設計時,按表中所提供的數據再增加10%量就絕對可以滿足設計要求。而在一般單麵板設計中,以銅厚35um,基本可以於1比1的比例進行設計,也就是1A的電流可以以1mm的導線來設計,也就能夠滿足要求了(以溫度105度計算)。

    三、PCB設計時銅箔厚度,走線寬度和電流的關係

    信號的電流強度。當信號的平均電流較大時,應考慮布線寬度所能承載的的電流,線寬可參考以下數據:

    PCB設計時銅箔厚度,走線寬度和電流的關係

    不同厚度,不同寬度的銅箔的載流量見下表:

 

    注:

    i. 用銅皮作導線通過大電流時,銅箔寬度的載流量應參考表中的數值降額50%去選擇考慮。

    ii. 在PCB設計加工中,常用OZ(盎司)作為銅皮厚度的單位,1 OZ銅厚的定義為1 平方英尺麵積內銅箔的重量為一盎,對應的物理厚度為35um;2OZ銅厚為70um。

    四、如何確定大電流導線線寬


 

     利用PCB的溫度阻抗計算軟件計算(計算線寬,電流,阻抗等)PCBTEMP

    依次填入locations (External/Internal)導線在表麵還是在FR-4板內部、Temp 溫度(Degree C)、Width線寬(Mil)、Thickness厚度(Oz/Mil),再點Solve即可求出通過的電流,也可以知道通過的電流,求線寬。非常方便。

 

    可以看到同第一種方法的結果差不多(20攝氏度,10mil線寬,也就是0.010inch線寬,銅箔厚度為1 Oz)

     經驗公式

    I=KT0.44A0.75

    (K為修正係數,一般覆銅線在內層時取0.024,在外層時取0.048

    T為最大溫升,單位為攝氏度(銅的熔點是1060℃)

    A為覆銅截麵積,單位為平方MIL(不是毫米mm,注意是square mil.)

    I為容許的最大電流,單位為安培(amp)

    一般 10mil=0.010inch=0.254可為 1A,250MIL=6.35mm, 為 8.3A

    七、某網友提供的計算方法如下

    先計算track的截麵積,大部分pcb的銅箔厚度為35um(不確定的話可以問pcb廠家)它乘上線寬就是截麵積,注意換算成平方毫米。 有一個電流密度經驗值,為15~25安培/平方毫米。把它稱上截麵積就得到通流容量。

     關於線寬與過孔鋪銅的一點經驗

    免费股票分析软件在畫PCB時一般都有一個常識,即走大電流的地方用粗線(比如50mil,甚至以上),小電流的信號可以用細線(比如10mil)。對於某些機電控製係統來說,有時候走線裏流過的瞬間電流能夠達到100A以上,這樣的話比較細的線就肯定會出問題。

    一個基本的經驗值是:10A/平方mm,即橫截麵積為1平方毫米的走線能安全通過的電流值為10A。如果線寬太細的話,在大電流通過時走線就會燒毀。當然電流燒毀走線也要遵循能量公式:Q=I*I*t,比如對於一個有10A電流的走線來說,突然出現一個100A的電流毛刺,持續時間為us級,那麽30mil的導線是肯定能夠承受住的。(這時又會出現另外一個問題??導線的雜散電感,這個毛刺將會在這個電感的作用下產生很強的反向電動勢,從而有可能損壞其他器件。越細越長的導線雜散電感越大,所以實際中還要綜合導線的長度進行考慮)

    一般的PCB繪製軟件對器件引腳的過孔焊盤鋪銅時往往有幾種選項:直角輻條,45度角輻條,直鋪。他們有何區別呢?新手往往不太在意,隨便選一種,美觀就行了。其實不然。主要有兩點考慮:一是要考慮不能散熱太快,二是要考慮過電流能力。

    使用直鋪的方式特點是焊盤的過電流能力很強,對於大功率回路上的器件引腳一定要使用這種方式。同時它的導熱性能也很強,雖然工作起來對器件散熱有好處,但是這對於電路板焊接人員卻是個難題,因為焊盤散熱太快不容易掛錫,常常需要使用更大瓦數的烙鐵和更高的焊接溫度,降低了生產效率。使用直角輻條和45角輻條會減少引腳與銅箔的接觸麵積,散熱慢,焊起來也就容易多了。所以選擇過孔焊盤鋪銅的連接方式要根據應用場合,綜合過電流能力和散熱能力一起考慮,小功率的信號線就不要使用直鋪了,而對於通過大電流的焊盤則一定要直鋪。至於直角還是45度角就看美觀了。

    為什麽提起這個來了呢?因為前一陣一直在研究一款電機驅動器,這個驅動器中H橋的器件老是燒毀,四五年了都找不到原因。在一番辛苦之後終於發現:原來是功率回路中一處器件的焊盤在鋪銅時使用了直角輻條的鋪銅方式(而且由於鋪銅畫的不好,實際隻出現了兩個輻條)。這使得整個功率回路的過電流能力大打折扣。雖然產品在正常使用過程沒有任何問題,工作在10A電流的情況下完全正常。但是,當H橋出現短路時,該回路上會出現100A左右的電流,這兩根輻條瞬時就燒斷了(uS級)。然後呢,功率回路變成了斷路,儲藏在電機上的能量沒有瀉放通道就通過一切可能的途徑散發出去,這股能量會燒毀測流電阻及相關的運放器件,擊毀橋路控製芯片,並竄入數字電路部分的信號與電源中,造成整個設備的嚴重損毀。整個過程就像用一根頭發絲引爆了一個大地雷一樣驚心動魄。

那麽,為什麽在功率回路中的焊盤上隻使用了兩個輻條呢?為什麽不讓銅箔直鋪過去呢?因為,生產部門的人員說那樣的話這個引腳太難焊了!

 

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