Leiterplattenlayout für hohe Ampere

Ich mache eine 12-V-Stromverteilungsbox und arbeite zum ersten Mal mit hohen Strömen. Dies ist für ein Boot, und die Idee ist, mit geringem Stromverbrauch bis zur Schalttafel zu fahren und die Hochleistungskabel so kurz wie möglich zu halten.

Vereinfachtes Schema:

Der Eingang an X1-1, F1 ist eine schnell wirkende 25A-Sicherung, K1 ist ein Relaisschalter und schließlich der Ausgang X2-1. Idealerweise sollte der X1-1 durch einen Kupferstab ersetzt werden, der auf die Leiterplatte gelötet ist, um die Stromversorgung auf die 10 ähnlichen Ein / Aus-Schaltkreise zu verteilen, die ich habe. 250A ist zu viel für jede Leiterplatte, nehme ich an ... :)

Die Spur mit Taschenrechner sagt, ich brauche eine Spurbreite von 25,5 mm. Die Spur von X1-1 nach F1 beträgt jedoch weniger als 10 mm, und es handelt sich um einen hässlichen Kupferklumpen mit einer Länge von 10 mm und einer Breite von 25,5 mm.

Hoffe, jemand kann mir helfen, hier zu rechnen.

Ok, meine Mathematik von hier geht von 2 Unzen aus ($70\mu m$) Platte, einseitig und unter Verwendung von Durchgangslochkomponenten und noch stehender Luft als Umgebungsluft:

Es scheint mein $10\times 12.7mm$Der Blob ist zu klein, um die Leistung angemessen abzuleiten. Wenn ich ein benutze$35\mu m$ Kupferplatte und doppelte Fläche, die ich bekomme $\Delta T$ bis ungefähr $47^\circ C$.

Sind meine Berechnungen korrekt? Wenn ja, wird es auch nach dem Erstellen gleich gut funktionieren?

Wenn F1 und K1 durch Lochteile sind, können Sie zwei Spuren parallel platzieren, eine auf jeder Seite der Platine. Jede Spur wäre ungefähr 10 - 15 mm breit.

Eine weitere Option: Zeichnen Sie die Verbindung nicht als Spur, sondern als Polygon oder Füllung. Der größte Teil des Stroms folgt immer noch in der Nähe des kürzesten Pfades, aber der hinzugefügte Bereich trägt dazu bei, die Wärme abzuleiten.

Beachten Sie auch, dass bei so kurzen Entfernungen die Strommenge, die zu den einzelnen Stiften Ihrer Komponenten gelangt, den Gesamtwiderstand der Verbindung dominieren kann. Die Verwendung größerer Löcher (für die Komponenten mit größeren Leitungen erforderlich sind) hilft dabei.

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Erstens bin ich mir nicht sicher, wie sich dies auswirkt , aber diese Strombelastbarkeitstabelle besagt, dass eine 0,25-Zoll-Spur in 2-Unzen-Kupfer ausreicht, um 24,5 A bei 30 ° C Temperaturanstieg zu tragen. Dies ist ungefähr 1/4 der Zahl, die Sie sich einfallen lassen (25 mm). Leider ist der Quelle nicht klar, welche Annahmen in ihre Berechnungen einflossen.

Zweitens sieht die Mathematik, die Sie in Ihrer Bearbeitung hinzugefügt haben, gut aus.

Wie Sie sehen, können Sie durch Vergrößern der Kupferfläche mehr Wärme abführen. Es gibt keinen Grund, den Bereich nur durch Erhöhen der Trace-Breite zu vergrößern. Sie können einfach einen großen Kupferbereich mit einer beliebigen Form erstellen, je näher ein einfaches Quadrat oder ein Kreis ist, desto besser), solange er Ihren Eingang und Ausgang verbindet und sich die Wärme leicht ausbreitet, um eine Ableitung über den gesamten Bereich zu ermöglichen ( mit natürlich einer gewissen Konzentration in dem Bereich, in dem die Wärme tatsächlich erzeugt wird).

Drittens ist es wahrscheinlich, dass keine Rückseite der Hüllkurvenberechnung für diese Art von thermischen Schätzungen besonders genau ist. Wenn Sie wirklich eine gute Schätzung erhalten möchten, sollten Sie sich ein thermisches Analysetool wie FloTherm oder Ansys IcePak ansehen. Diese Tools verbessern sowohl die Fähigkeit, Konvektionseffekte genau abzuschätzen, als auch "Kanteneffekte", die ins Spiel kommen, weil Ihre "Spurenlänge" so viel kürzer als Ihre "Spurenbreite" ist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Spuren mit einer Lötmaske unbedeckt zu lassen.

Dann können Sie die Dicke der Leiterbahn mit Lötmittel effektiv erhöhen, wenn Sie die Platine zusammenbauen.

_{Völlig bloße Spuren}

Eine andere Alternative besteht darin, die Lötmaske von den Leiterbahnen fernzuhalten und dann während der Montage zusätzlichen Kupferdraht darauf zu löten. Ich habe das selbst mit Solderwick gemacht.