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淺談PCB設計中電流與線寬的關系
發(fā)布時間:2022-03-21

目前由于成本的原因, PCB 面積越來越小化,這給工程師帶來很大的挑戰(zhàn),除了考慮電路精簡、合理布局、改變元件封裝等外,也要考慮走線的寬度。


要弄清楚PCB的過流能力,我們首先從PCB結構下手。以雙層PCB為例,這種電路板通常是三層式結構:銅箔、板材、銅箔。


銅箔也就是PCB中電流、信號要通過的路徑。


首先要說一下PCB的銅箔厚度,PCB銅箔的厚度是以盎司(OZ)為單位。


盎司(OZ)是重量的單位, 國際上用單位面積的重量來控制銅皮的厚度。1OZ意思是重量1OZ的銅均勻平鋪在1平方英尺(FT2)的面積上所達到的厚度,1OZ=35um=0.035mm。


一般PCB銅厚有三個尺寸,0.5OZ、1OZ和2OZ。我們常用的多層板,一般表層銅厚為1OZ,內層銅厚為0.5OZ。2OZ一般用于大電流的線路板。


PCB的載流能力主要和線寬、線厚(銅箔厚度)以及溫升有關系,線寬越大,載流能力越強,允許溫升越高,可以流過的電流就越大,但同時PCB使用壽命會縮短,因此一般最大溫升為10℃或20℃。



國際通用PCB制作標準IPC-2221規(guī)范給出的線寬計算公式為:



其中公式中參數含義為:

1、I為容許通過的最大電流,單位為安培A。

2、0.024和0.048為修正系數,一般用K表示,內層走線,K=0.024,表層走線,K=0.048。

3、dT為最大溫升,單位為攝氏度℃。

4、A為走線截面積,截面積等于銅厚乘以線寬,單位為平方mil。

我們在畫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)。


通常大電流的做法有以下四種:

1)增加導線寬度。

2)在導線增加一層Solder層這樣在過錫過后,這條1mm的導線就可以看做一條1.5mm~2mm導線了(導線過錫時均勻度和錫厚度)。

3)采用更厚的銅箔線路板,例如2OZ。

4) 使用銅排來走大電流。在PCB板上焊接定制銅排來走更大電流,例如30A-50A。

除了導線,過孔的導電能力也需要考慮。


一般的PCB繪制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。


使用直鋪的方式特點是焊盤的過電流能力很強,對于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,但是這對于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面積,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,而對于通過大電流的焊盤則一定要直鋪。


DCDC的輸出電容之后,一般會直接打過孔連到內層去。這里要注意打孔不可以過于密集,每個過孔之間要留足過電流的銅箔寬度。否則就會導致DCDC的輸出能力是足夠的,但就是送不到后面去。