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如何設(shè)計(jì)大電流PCB?

發(fā)表時(shí)間：2020-11-24 10:47:38 人氣：4094

當(dāng)涉及PCB設(shè)計(jì)時(shí)，PCB走線電流容量所構(gòu)成的限制至關(guān)重要。


PCB上走線的電流容量由這些因素決定：走線寬度、走線厚度、所需的最大溫升、走線是在內(nèi)層還是外層、是否被阻焊劑覆蓋等參數(shù)決定。



在本文中，我們將討論以下幾點(diǎn)：


一。什么是PCB走線寬度？


PCB走線或PCB上的銅導(dǎo)體，可在PCB表面?zhèn)鲗?dǎo)信號(hào)。蝕刻后留下的是銅箔的狹窄部分，流過銅線的電流會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。正確校準(zhǔn)后的PCB走線寬度和厚度有助于最大程度地減少電路板上的熱量積聚。走線寬度越寬，對(duì)電流的阻抗越低，并且熱量積聚越少。PCB走線寬度是走線的水平尺寸，而厚度是走線的垂直尺寸。


如何設(shè)計(jì)大電流PCB?


PCB的設(shè)計(jì)始終從默認(rèn)走線寬度開始。但是，這樣的默認(rèn)走線寬度并不總是適合于所需的PCB。這是因?yàn)槟枰紤]走線的電流承載能力來確定走線寬度。


確定正確的走線寬度時(shí)，需要考慮幾個(gè)因素：


1.銅層厚度–銅層厚度是PCB上的實(shí)際走線厚度，大電流PCB的默認(rèn) 銅厚度為1盎司（35微米）到2盎司（70微米）。


2.導(dǎo)線的截面積–要想PCB具有更高的功率，就要讓走線具有更大的截 面積，這與走線寬度成正比。


3.跡線的位置–底層或頂層或內(nèi)層。


二。如何設(shè)計(jì)大電流PCB？


數(shù)字電路，RF電路和電源電路主要處理或傳輸?shù)凸β市盘?hào)。這些電路中的銅重量為1-2oz，載流電流為1A或2A。在某些應(yīng)用中，例如電機(jī)控制，需要高達(dá)50A的電流，這將要求PCB上的銅用量更多，走線寬度更大。


針對(duì)高電流需求的設(shè)計(jì)方法是加寬銅走線并將走線的厚度增加到2oz。這將增加板上的空間或者是增加PCB板的層數(shù)。


三。高電流PCB布局準(zhǔn)則：


減少高電流走線長度


較長的走線具有較高的電阻值，并且還承載較高的電流，從而導(dǎo)致較大的功率損耗。由于功率損耗會(huì)產(chǎn)生熱量，因此電路板壽命會(huì)縮短。


在進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏囟壬仙拖陆禃r(shí)計(jì)算走線寬度


走線寬度是一個(gè)含變量的函數(shù)，例如電阻和通過它的電流以及允許的溫度。一般地，在高于25℃的環(huán)境溫度的情況下允許10℃的溫度升高。如果板的材料和設(shè)計(jì)允許，甚至可以允許溫度升高20°C。


將敏感組件與高溫環(huán)境隔離


某些電子組件，例如電壓基準(zhǔn)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算放大器，對(duì)溫度變化敏感。當(dāng)這些組件受熱時(shí)，它們的信號(hào)會(huì)改變。


已知大電流板會(huì)發(fā)熱，因此需要將上述組件與高溫環(huán)境保持一定距離。您可以通過在板上開孔并提供散熱裝置來實(shí)現(xiàn)此目的。


去除阻焊層


為了增加走線的電流流通能力，可以去除阻焊層，然后露出下面的銅。然后可以將其他焊料添加到走線上，這將增加走線的厚度并降低電阻值。這將允許更多的電流流過走線，而不會(huì)增加走線寬度，也不會(huì)增加額外的銅厚度。


將內(nèi)部層用于大電流走線上


如果PCB的外層沒有足夠的空間放置較厚的走線，則可以在內(nèi)部板層中填充走線。接下來，您可以使用過孔連接到于外層的高電流設(shè)備。


添加銅條以獲得更高的電流


電流超過100A的電動(dòng)汽車和大功率逆變器，銅走線可能不是傳輸功率和信號(hào)的最佳方法。在這種情況下，您可以使用可焊接到PCB焊盤上的銅排。銅排的厚度比走線厚得多，并且可以根據(jù)需要承載大電流而沒有任何發(fā)熱問題。


使用通孔縫合在承載大電流的多層上進(jìn)行多條走線


當(dāng)走線不能在單層中承載所需的電流時(shí)，走線可以在多層上布線，并通過將各層連接在一起的縫合方式進(jìn)行處理。在兩層走線厚度相同的情況下，這將增加載流能力。


結(jié)論


在確定走線電流容量時(shí)，有很多復(fù)雜的因素。但是，PCB設(shè)計(jì)人員可以依靠走線厚度計(jì)算器的可靠性來幫助有效地設(shè)計(jì)其電路板。在設(shè)計(jì)可靠且高性能的PCB時(shí)，正確設(shè)置走線寬度及載流能力可能會(huì)大有幫助。


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