การคำนวณความกว้างและการกวาดล้างร่องรอย

อะไรคือคณิตศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังการคำนวณร่องรอยและการกวาดล้าง? ฉันกำลังออกแบบ PCB ซึ่งจะมีขนาด 12V และ 6A ความกว้างของการติดตามและระยะห่างการติดตามคืออะไร

ในทำนองเดียวกันสิ่งที่ควรจะเป็นสำหรับ 12V 3A และ 5V 3A มีกฎทั่วไปของหัวแม่มือโดยใช้ซึ่งเราสามารถตัดสินใจความกว้างและการกวาดล้างร่องรอย?

นั่นเป็นคำถามสองข้อที่แยกกัน มันคือแรงดันไฟฟ้าของวงจรที่กำหนดความต้องการในการกวาดล้างในขณะที่ระดับปัจจุบันจะกำหนดความกว้าง (และความหนา)

ร่องรอยความกว้าง

การจัดการกับอันแรกนั้นคือความกว้างและความหนาของรอยทองแดงบน PCB ที่กำหนดพื้นที่หน้าตัดในแบบเดียวกับที่เส้นผ่านศูนย์กลางทำกับลวดธรรมดา พื้นที่หน้าตัดเป็นตัวกำหนดความต้านทานต่อความยาวต่อหน่วยซึ่งขึ้นอยู่กับคุณที่จะตัดสินใจเลือกสองสิ่ง:

• แรงดันไฟฟ้าตก (dropV = I × R) เท่าไหร่ที่คุณสามารถทนได้จากปลายด้านหนึ่งของร่องรอยไปยังอีกด้านหนึ่ง?

• คุณสามารถทนความร้อนได้เท่าไร (Power = I ² R)

อย่างใดอย่างหนึ่งเหล่านี้จะเป็นปัจจัย จำกัด สำหรับแต่ละการติดตาม

ตัวอย่างเช่นคุณอาจมี "1 ออนซ์" ทองแดงบน PCB ของคุณ นี่คือเครื่องหมายย่อสำหรับ "1 ออนซ์ของทองแดงต่อตารางฟุต" ซึ่งแปลว่าความหนา 1.38 ล้านหรือ 0.035 มม. ร่องรอยที่มีความกว้าง 10 ล้าน (0.254 มม.) มีพื้นที่หน้าตัดเท่ากับ 13.8 ล้าน²ซึ่งเทียบเท่ากับลวด AWG38 มันจะมีความต้านทานประมาณ 0.75 Ω / ft และกำลังการผลิตปัจจุบันอยู่ที่ 10 mA

เพื่อจัดการกับกระแสน้ำที่สูงขึ้นคุณอาจเลือก "2 ออนซ์" ทองแดง (หนา 0.070 มม.) และใช้ร่องรอยที่มีความกว้าง 100 มิล (2.54 มม.) สิ่งนี้จะทำให้คุณมีพื้นที่หน้าตัด 276 ล้าน²ซึ่งเทียบเท่ากับสาย AWG24

โปรดทราบว่าเนื่องจากร่องรอยบน PCB นั้นแบนและกว้างมากจริง ๆ แล้วพวกเขาดีกว่าในการกำจัดความร้อนให้กับสภาพแวดล้อมมากกว่าลวด circuilar ที่เท่ากัน เท่าที่ฉัน²กังวลกับการสูญเสีย R คุณสามารถเพิ่มกระแสได้มากขึ้นผ่านการติดตาม PCB - แต่คุณยังต้องให้ความสนใจกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิและการจัดการความร้อนที่เกี่ยวข้อง

การกวาดล้าง

ระยะห่างที่จำเป็นระหว่างตัวนำจะถูกกำหนดโดยความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างพวกเขาและปริมาณกระแสไฟฟ้ารั่วที่คุณสามารถทนได้ กระแสไฟรั่วมีความสัมพันธ์กับการปนเปื้อนบนพื้นผิวของ PCB (เช่นฟลักซ์ที่เหลือรวมถึงฝุ่นสะสมความชื้น ฯลฯ )

แนวทางหนึ่งมาจากบริการทดสอบความปลอดภัยเช่น UL ซึ่งต้องใช้ระยะทางคืบหน้า 5 มม. ต่อกิโลโวลต์สำหรับวงจรที่ควรจะ "แยก" จากกันและกัน (กลุ่มวัสดุ I ระดับมลพิษ 2 จากUL840 )

เห็นได้ชัดว่าแนวทางนี้ให้ค่าที่น้อยมากสำหรับแรงดันไฟฟ้าต่ำ (0.05 มม. หรือ 0.002 นิ้วที่ 10 V) ดังนั้นปัจจัยการ จำกัด จริง ๆ แล้วกลายเป็นความกว้างของเส้น / พื้นที่ที่บ้าน PCB ของคุณมีความสามารถ

นอกจากคำตอบที่ยอดเยี่ยมของ Dave คุณอาจต้องการดูมาตรฐาน IPC-2152 ซึ่งกำหนด "มาตรฐานสำหรับการพิจารณาความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าในการออกแบบบอร์ดพิมพ์"

มาตรฐานอุตสาหกรรมเพียงอย่างเดียวสำหรับการกำหนดขนาดตัวนำภายในและภายนอกที่เหมาะสมบนบอร์ดที่พิมพ์เป็นฟังก์ชั่นของความสามารถในการรองรับกระแสไฟที่ต้องการและอุณหภูมิตัวนำสูงขึ้น เอกสารนี้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับวิธีการนำความร้อนจุดอ่อนระนาบทองแดงการกระจายพลังงานและวัสดุแผ่นพิมพ์และความหนาของปัจจัยทั้งหมดในความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าขนาดตัวนำและอุณหภูมิ 97 หน้า เผยแพร่เมื่อสิงหาคม 2552

มันสามารถรับได้ที่นี่

แต่มีเครื่องคิดเลขที่มีประโยชน์เช่นชุดเครื่องมือ Saturn PCB