Was ist die Mathematik hinter Spuren und Freigabeberechnungen? Ich entwerfe eine Leiterplatte, die 12 V und 6 A führt. Was sollte die Leiterbahnbreite und der Leiterbahnabstand sein?
Ebenso, was sollte es für 12V 3A und 5V 3A sein. Gibt es eine allgemeine Faustregel, anhand derer wir die Breite und den Abstand der Spuren bestimmen können?
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Rajat
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Antworten:
Das sind eigentlich zwei getrennte Fragen. Es sind die Schaltungsspannungen, die die Spielanforderungen bestimmen, während die Strompegel die Anforderungen an Breite (und Dicke) bestimmen.
Trace-Breite
Bei letzterem wird zuerst die Breite und Dicke einer Kupferspur auf einer Leiterplatte bestimmt, die ihre Querschnittsfläche bestimmt, genau wie der Durchmesser eines normalen Drahtes. Die Querschnittsfläche bestimmt den Widerstand pro Längeneinheit. An diesem Punkt müssen Sie zwei Dinge entscheiden:
Wie viel Spannungsabfall (ΔV = I × R) können Sie von einem Ende der Spur zum anderen tolerieren?
Wie viel Erwärmung der Spur (Leistung = I 2 R) können Sie tolerieren?
Das eine oder andere davon ist der begrenzende Faktor für jede Spur.
Zum Beispiel könnten Sie "1 Unze" haben. Kupfer auf Ihrer Leiterplatte. Dies ist eine Kurzschreibweise für "1 Unze Kupfer pro Quadratfuß", was einer Dicke von 1,38 mil oder 0,035 mm entspricht. Eine Spur mit einer Breite von 0,254 mm (10 mil) hat also eine Querschnittsfläche von 13,8 mil 2, was in etwa einem AWG38-Draht entspricht. Es wird einen Widerstand von etwa 0,75 Ω / ft haben. und die Stromkapazität liegt in der Größenordnung von 10 s mA.
Um höhere Ströme zu verarbeiten, können Sie "2 oz" auswählen. Kupfer (0,070 mm dick) und verwenden Sie Spuren, die beispielsweise 2,54 mm breit sind. Dies ergibt eine Querschnittsfläche von 276 mil 2, was ungefähr einem AWG24-Draht entspricht.
Da die Leiterbahnen auf einer Leiterplatte sehr flach und breit sind, können sie die Wärme viel besser an die Umgebung abgeben als das entsprechende Kabel. Was die I 2 R-Verluste betrifft, können Sie viel mehr Strom durch eine Leiterplattenspur leiten - aber Sie müssen immer noch auf den Temperaturanstieg und das damit verbundene Wärmemanagement achten.
Spielraum
Der erforderliche Abstand zwischen den Leitern wird durch die Spannungsdifferenz zwischen ihnen und die Menge an Leckstrom bestimmt, die Sie tolerieren können. Der Leckstrom ist hauptsächlich mit einer Oberflächenverunreinigung der Leiterplatte verbunden (z. B. Restflussmittel sowie angesammelter Staub, Feuchtigkeit usw.).
Eine Richtlinie stammt von Sicherheitsprüfdiensten wie UL, die eine Kriechstrecke von 5 mm pro Kilovolt für Stromkreise erfordern, die voneinander "isoliert" sein sollen (Materialgruppe I, Verschmutzungsgrad 2 von UL840 ).
Offensichtlich gibt diese Richtlinie sehr kleine Werte für niedrige Spannungen (0,05 mm oder 0,002 Zoll bei 10 V) an, sodass der begrenzende Faktor tatsächlich die Linien- / Raumbreiten ist, zu denen Ihr PCB-Fabrikhaus in der Lage ist.
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Neben Daves hervorragender Antwort möchten Sie vielleicht den IPC-2152-Standard betrachten, der den "Standard zur Bestimmung der Stromtragfähigkeit im Leiterplatten-Design" definiert.
Es kann hier erworben werden.
Es gibt jedoch praktische Taschenrechner wie das Saturn PCB Toolkit
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