Obliczenia szerokości i prześwitu

Jaka jest matematyka za śladami i obliczeniami luzu? Projektuję płytkę drukowaną, która będzie przenosić 12V i 6A, jaka powinna być szerokość i odstęp między śladami?

Podobnie, co powinno być dla 12V 3A i 5V 3A. Czy istnieje ogólna zasada, za pomocą której możemy decydować o szerokości i prześwicie?

To właściwie dwa osobne pytania. Napięcia obwodu określają wymagania dotyczące luzu, a poziomy prądu określają wymagania dotyczące szerokości (i grubości).

Szerokość śledzenia

W przypadku tego ostatniego, szerokość i grubość śladu miedzi na płytce drukowanej określają jego pole przekroju w taki sam sposób, jak średnica dla zwykłego drutu. Pole przekroju określa jego opór na jednostkę długości, w którym momencie to Ty decydujesz o dwóch rzeczach:

• Ile spadku napięcia (ΔV = I × R) można tolerować z jednego końca śladu na drugi?

• Ile ogrzewania śladu (Moc = I ² R) możesz tolerować?

Jeden lub drugi z nich będzie czynnikiem ograniczającym dla każdego śladu.

Na przykład możesz mieć „1 uncja”. miedź na płytce drukowanej. Jest to skrót od „1 uncja miedzi na stopę kwadratową”, co przekłada się na grubość 1,38 milicala lub 0,035 mm. Ślad to 10 milicali (0,254 mm) szerokości, a następnie, posiada powierzchnię przekroju 13,8 milicala ² , który z grubsza odpowiada drutu AWG38. Będzie miał rezystancję około 0,75 Ω / ft. a obecna pojemność jest rzędu 10 s mA.

Aby poradzić sobie z wyższymi prądami, możesz wybrać „2 uncje”. miedzi (grubość 0,070 mm) i używaj śladów o, powiedzmy, szerokości 100 mils (2,54 mm). To daje pole przekroju wynoszące 276 mil ^2, co w przybliżeniu odpowiada drutowi AWG24.

Zauważ, że ponieważ ślady na płytce drukowanej są bardzo płaskie i szerokie, w rzeczywistości są znacznie lepsze w usuwaniu ciepła do środowiska niż równoważny drut obwodowy. Jeśli chodzi o straty I ² R, możesz wprowadzić znacznie więcej prądu przez ślad płytki drukowanej - ale nadal musisz zwracać uwagę na wzrost temperatury i związane z nią zarządzanie temperaturą.

Luz

Wymagany odstęp między przewodnikami zależy od różnicy napięć między nimi oraz ilości prądu upływu, który można tolerować. Prąd upływowy jest przede wszystkim związany z zanieczyszczeniem powierzchni PCB (np. Resztkowy strumień, a także nagromadzony kurz, wilgoć itp.).

Jedna z wytycznych pochodzi od usług testowania bezpieczeństwa, takich jak UL, które wymagają drogi upływu wynoszącej 5 mm na kilowolt dla obwodów, które powinny być od siebie „izolowane” (grupa materiałów I, stopień zanieczyszczenia 2 od UL840 ).

Oczywiście, ta wytyczna podaje bardzo małe wartości dla niskich napięć (0,05 mm lub 0,002 cala przy 10 V), więc czynnikiem ograniczającym jest faktycznie szerokość linii / przestrzeni, do której zdolny jest twój fab PCB.

Oprócz doskonałej odpowiedzi Dave'a, warto przyjrzeć się standardowi IPC-2152, który określa „Standard określania zdolności przenoszenia prądu w projektowaniu płytek drukowanych”.

Jedyny standard branżowy do określania odpowiednich rozmiarów wewnętrznych i zewnętrznych przewodów na płytkach drukowanych w zależności od wymaganej pojemności prądowej i dopuszczalnego wzrostu temperatury przewodu. Ten dokument zawiera wskazówki na temat tego, w jaki sposób przewodność cieplna, przelotki, płaszczyzny miedzi, rozpraszanie mocy oraz materiał i grubość płytki drukowanej wpływają na związek między prądem, rozmiarem przewodnika i temperaturą. 97 stron. Wydany w sierpniu 2009 r.

Można go zdobyć tutaj.

Dostępne są jednak przydatne kalkulatory, takie jak zestaw narzędzi Saturn PCB