如何设计大电流PCB?

发表时间:2020-11-24 10:47:38 人气:132

当涉及PCB设计时,PCB走线电流容量所构成的限制至关重要。


PCB上走线的电流容量由这些因素决定:走线宽度、走线厚度、所需的最大温升、走线是在内层还是外层、是否被阻焊剂覆盖等参数决定。



在本文中,我们将讨论以下几点:


一。什么是PCB走线宽度?


PCB走线或PCB上的铜导体,可在PCB表面传导信号。蚀刻后留下的是铜箔的狭窄部分,流过铜线的电流会产生大量的热量。正确校准后的PCB走线宽度和厚度有助于最大程度地减少电路板上的热量积聚。走线宽度越宽,对电流的阻抗越低,并且热量积聚越少。PCB走线宽度是走线的水平尺寸,而厚度是走线的垂直尺寸。


如何设计大电流PCB?


PCB的设计始终从默认走线宽度开始。但是,这样的默认走线宽度并不总是适合于所需的PCB。这是因为您需要考虑走线的电流承载能力来确定走线宽度。


确定正确的走线宽度时,需要考虑几个因素:


1.铜层厚度–铜层厚度是PCB上的实际走线厚度,大电流PCB的默认 铜厚度为1盎司(35微米)到2盎司(70微米)。


2.导线的截面积–要想PCB具有更高的功率,就要让走线具有更大的截 面积,这与走线宽度成正比。


3.迹线的位置–底层或顶层或内层。


二。如何设计大电流PCB?


数字电路,RF电路和电源电路主要处理或传输低功率信号。这些电路中的铜重量为1-2oz,载流电流为1A或2A。在某些应用中,例如电机控制,需要高达50A的电流,这将要求PCB上的铜用量更多,走线宽度更大。


针对高电流需求的设计方法是加宽铜走线并将走线的厚度增加到2oz。这将增加板上的空间或者是增加PCB板的层数。


三。高电流PCB布局准则:


减少高电流走线长度


较长的走线具有较高的电阻值,并且还承载较高的电流,从而导致较大的功率损耗。由于功率损耗会产生热量,因此电路板寿命会缩短。


在进行适当的温度上升和下降时计算走线宽度


走线宽度是一个含变量的函数,例如电阻和通过它的电流以及允许的温度。一般地,在高于25℃的环境温度的情况下允许10℃的温度升高。如果板的材料和设计允许,甚至可以允许温度升高20°C。


将敏感组件与高温环境隔离


某些电子组件,例如电压基准,模数转换器和运算放大器,对温度变化敏感。当这些组件受热时,它们的信号会改变。


已知大电流板会发热,因此需要将上述组件与高温环境保持一定距离。您可以通过在板上开孔并提供散热装置来实现此目的。


去除阻焊层


为了增加走线的电流流通能力,可以去除阻焊层,然后露出下面的铜。然后可以将其他焊料添加到走线上,这将增加走线的厚度并降低电阻值。这将允许更多的电流流过走线,而不会增加走线宽度,也不会增加额外的铜厚度。


将内部层用于大电流走线上


如果PCB的外层没有足够的空间放置较厚的走线,则可以在内部板层中填充走线。接下来,您可以使用过孔连接到于外层的高电流设备。


添加铜条以获得更高的电流


电流超过100A的电动汽车和大功率逆变器,铜走线可能不是传输功率和信号的最佳方法。在这种情况下,您可以使用可焊接到PCB焊盘上的铜排。铜排的厚度比走线厚得多,并且可以根据需要承载大电流而没有任何发热问题。


使用通孔缝合在承载大电流的多层上进行多条走线


当走线不能在单层中承载所需的电流时,走线可以在多层上布线,并通过将各层连接在一起的缝合方式进行处理。在两层走线厚度相同的情况下,这将增加载流能力。


结论


在确定走线电流容量时,有很多复杂的因素。但是,PCB设计人员可以依靠走线厚度计算器的可靠性来帮助有效地设计其电路板。在设计可靠且高性能的PCB时,正确设置走线宽度及载流能力可能会大有帮助。


此文关键字: 电路板