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PCB走線寬度與過流能力知多少?

今天聊個簡單的事情:我們PCB走線,線寬與允許通過電流的大小是什么樣的?

我估計很多人會說:40mil/1mm線寬能過1A的電流。

我們按照這個去設(shè)計,一般來說是沒問題的,其實我自己也經(jīng)常用按照這個原則去評估。但是,有時候空間實在有限,走不了對應(yīng)的線寬,那怎么辦呢?

幾個實際問題

除了上面的問題,我們可能還會想到或者遇到下面的幾個問題:

1、1mm線寬走1A電流,裕量到底有多足?

2、1mm走線寬度對應(yīng)1A電流,5mm就對應(yīng)5A電流嗎?

3、過流能力1mm對應(yīng)1A,1A指的是電流的平均值/有效值不能超過,還是瞬間值也不能超過?

以上這些問題,有些兄弟可能也會有,但是可能沒有深究。

IPC-2152

網(wǎng)上查了下,PCB走線過流能力評估的文章或者視頻,基本是基于IPC標(biāo)準(zhǔn)里面的《Standard for Determining Current Carrying Capacity inPrinted Board Design》,翻譯過來就是《印刷板設(shè)計中電流承載能力的確定標(biāo)準(zhǔn)》。不過需要了解的是,這個文件標(biāo)準(zhǔn)出了好幾個版本,目前最新的版本是IPC-2152,我們按照這個來即可。

 那么這個標(biāo)準(zhǔn)里面有寫明多少線寬對應(yīng)多少電流嗎?

答案是沒有,如果寫明了就不會有上面那么多問題。不過我們翻開標(biāo)準(zhǔn)的第一章,就能知道多少線寬過多少電流 ,其實就是看溫度。

既然知道了主要具體能過多大電流主要還是評估溫升,那么就算不看標(biāo)準(zhǔn),也會大概知道有這幾個點會影響過流。

1、允許的溫升:如果能夠允許的銅線升高的溫度越高,那么允許通過的電流自然也就越高

2、走線的線寬:線越寬 ,導(dǎo)線橫截面積越大,電阻越小,發(fā)熱越小,自然溫升越小,那么過流更大

3、走線的銅厚:銅厚越厚 ,導(dǎo)線橫截面積越大,電阻越小,發(fā)熱越小,自然溫升越小,那么過流更大。

4、走線到銅平面的距離:比如4層板,表層走線下面會有地銅層或者是電源層,這也會影響散熱,距離不同,導(dǎo)熱快慢自然有差異,過流能力也會有差異。 

除了上面的因素,其實還有很多因素,影響大小不一,比如板材材料,是否有綠油,板子厚度等等。

我們看下IPC-2152標(biāo)準(zhǔn)里面舉的例子

按照上面的步驟,可以知道5A電流,合適導(dǎo)體寬度是0.3英寸,也就是25.4*0.3=7.62mm寬度,這跟我們通常說的1mm過1A電流,5mm過5A電流是有出入的。并且按照1mm過1A這個規(guī)則來,是有些不夠的。

不過,從曲線上面我們也可以看出,如果電流是1A,那么對應(yīng)的橫截面積是40Sq-mils,對應(yīng)的導(dǎo)線寬度(假設(shè)銅厚還是1盎司)是0.023英寸,也就是0.023*25.4=0.58mm。這樣看,1mm過1A電流又很充足。

那為什么會這樣呢?這是因為,溫升跟線寬并不是完全線性的關(guān)系,這個我們需要注意。

還有一個問題,如果實際電路設(shè)計中低于上面的值,就一定有問題嗎?

當(dāng)然不是,上面只是導(dǎo)線溫升10℃的情況,你就算實際走線寬度窄一點,溫度也只是高一點,比如溫升到20℃,一般也不會有什么問題。沒有標(biāo)準(zhǔn)說你必須將溫升控制在10℃以內(nèi),就現(xiàn)在討論的標(biāo)準(zhǔn)IPC-2152,也只是列出了不同寬度不同電流對應(yīng)的導(dǎo)線的溫升,至于你做的產(chǎn)品溫升要控制到多少,這個得你自己定。不過,一般來說我們是按照10℃來評估的。

那實際設(shè)計中,除了1mm過1A電流的規(guī)則,有沒有更實用的方法呢?

設(shè)計軟件:Saturn PCB

給兄弟們推薦個軟件:Saturn PCB(文末會附下載方法),這個軟件應(yīng)該是目前用得最多的。軟件本身功能較多,不僅僅只是用來幫助評估走線電流。不過本節(jié)我們主要說明走線電流,那就只介紹這一部分功能。

使用的時候,首先需要設(shè)置好標(biāo)準(zhǔn),建議選擇最新的標(biāo)準(zhǔn):IPC-2152 with modifiers(可以點擊菜單tools-->Programs Options進行設(shè)置)

下面介紹下菜單的內(nèi)容:

我們設(shè)置好紅色部分的參數(shù),就可以知道導(dǎo)線可以通過的電流了。

下面列出常見的線寬對應(yīng)的電流值(條件:板厚1.6mm,溫升10℃,沒有領(lǐng)近銅層)如下表:

這個表一出,可能細(xì)心的同學(xué)又發(fā)現(xiàn)了,不對呀,前面IPC-2152里面的曲線圖,1A電流對應(yīng)線寬是0.58mm,你這表格里面1A對應(yīng)是0.375mm,要小很多,根本就對不上。

這里原因我估計是因為板厚,從標(biāo)準(zhǔn)里面看出,板厚從1.79mm減到1.02mm,溫升會增加1.4倍,可見板厚影響也很大。不過標(biāo)準(zhǔn)里面的曲線,并未說明板厚是多少,我也只是猜測。

 如果我們使用Saturn PCB將板厚設(shè)置為1mm,可以看到1A對應(yīng)的線寬是0.65mm,與曲線對應(yīng)的0.58也就相差不大了。

下面就把用軟件計算的兩種板厚(1.6mm和1mm)對應(yīng)的線寬和電流重新列了個對應(yīng)表如下,僅供參考:

小結(jié)

以上就是我查閱了標(biāo)準(zhǔn),對PCB走線寬度和過流能力的理解,過流能力主要是圍繞導(dǎo)線溫升來講的。而溫升又跟銅皮厚度,板厚,是否有臨近銅層,銅層間距相關(guān),所以說嚴(yán)格來講,要具體情況具體分析,分析可以借助我上面的說的Saturn PCB軟件。

聲明:本內(nèi)容為作者獨立觀點,不代表電子星球立場。未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載。授權(quán)事宜與稿件投訴,請聯(lián)系:editor@netbroad.com
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