PCB设计中的线宽与电流关系是一个核心的设计参数。线宽直接决定了PCB走线能够承载的最大电流容量,这与走线的发热和温升密切相关。当电流通过PCB走线时,由于导体的内阻会产生焦耳热,使走线温度升高。如果电流密度过大,过高的温升可能导致铜箔脱落,甚至引发安全问题。
PCB设计时铜箔厚度,走线宽度和电流的关系
不同厚度,不同宽度的铜箔的载流量见下表:
铜皮厚度35um | 铜皮厚度50um | 铜皮厚度70um | |||
铜皮Δt=10℃ | 铜皮Δt=10℃ | 铜皮Δt=10℃ | |||
宽度mm | 电流A | 宽度mm | 电流A | 宽度mm | 电流A |
0.15 | 0.20 | 0.15 | 0.50 | 0.15 | 0.70 |
0.20 | 0.55 | 0.20 | 0.70 | 0.20 | 0.90 |
0.30 | 0.80 | 0.30 | 1.10 | 0.30 | 1.30 |
0.40 | 1.10 | 0.40 | 1.35 | 0.40 | 1.70 |
0.50 | 1.35 | 0.50 | 1.70 | 0.50 | 2.00 |
0.60 | 1.60 | 0.60 | 1.90 | 0.60 | 2.30 |
0.80 | 2.00 | 0.80 | 2.40 | 0.80 | 2.80 |
1.00 | 2.30 | 1.00 | 2.60 | 1.00 | 3.20 |
1.20 | 2.70 | 1.20 | 3.00 | 1.20 | 3.60 |
1.50 | 3.20 | 1.50 | 3.50 | 1.50 | 4.20 |
2.00 | 4.00 | 2.00 | 4.30 | 2.00 | 5.10 |
注意事项:
1. 此表基于10℃温升计算,如果允许更高的温升,电流值可以适当增加
3. 实际使用时建议留有20-30%的裕量
4. 高频电路可能需要更宽的走线以减少损耗
静态铜电流
电路板的温升ΔT,导线的横截面积(=铜铂厚度×线宽)A和电流I之间存在如下关系:
其中:系数K是一条曲线,近视直线。PCB内层走线和外层走线K值差别很大,为简单起见,室温(25摄氏度)时取内层走线K=0.024,外层走线K=0.048。
det T为升高的温度,A为截面积
为昕 Mars PCB线宽设置界面
实际设计时还需要考虑多个影响因素,包括环境温度、走线长度、布线层数以及散热条件等。为了确保系统的可靠性和安全性,通常建议在理论计算值的基础上预留30%到50%的裕度。
对于大电流应用,可以采用多种方法来增加电流承载能力,比如使用更宽的线宽、增加铜箔厚度、使用多层并联走线或者铺铜区域等。特别是在设计电源线和地线时,这些考虑尤为重要。另外,在设计过孔时也需要特别注意电流密度问题,因为过孔的截面积较小,容易成为电流瓶颈。在进行高精度或高可靠性的设计时,建议采用专业的PCB设计软件进行仿真验证,以确保设计的合理性。