Part 01、前言
在PCB设计中,线宽的选择是个技术活,尤其是当电路中流过不同大小的电流时,线宽直接决定了电路的温升、压降和可靠性。太窄了可能导致过热甚至烧板,太宽了又浪费空间,增加成本。今天咱们就结合实际案例,聊聊1A和100A电流分别需要多大的PCB线宽,顺便分享一些设计中的小技巧和注意事项。
Part 02、线宽计算
下图中给出了一个PCB线宽计算的经验公式,来源于IPC-2221标准,IPC-2221这个标准是一个常用的PCB设计规范。咱们先把公式列出来,然后一步步拆解:面积公式:线宽公式:
接下来那么我们就以铜箔厚度:1oz(即0.0356mm),允许温升:25℃,环境温度:25℃为例,分别计算一下1A电流需要多大PCB线宽?100A电流需要多大PCB线宽?
Part 03、实例计算
1.计算1A电流需要的线宽
步骤1:计算走线截面积A
假设走线是外层,散热条件较好,用外层参数:k=0.048,b=0.44,C=0.725。电流I=1A,温升Trise = 25°C。代入公式:
可以计算得到:A=9.32mil^2
步骤2:计算线宽W
铜箔厚度t=1oz=1.4mil,代入线宽公式:
1A电流,外层走线,1oz铜厚,温升25°C时,线宽只需要0.123mm,约0.13mm,这个宽度非常小。
2.计算100A电流需要的线宽
现在算个大电流的场景100A。
步骤1:计算走线截面积A
还是外层走线,参数不变:k=0.048,b=0.44,c = 0.725。电流I=100 A,温升Trise=25°C。
步骤2:计算线宽W
铜箔厚度还是t=1oz=1.4mil,代入公式:
转成毫米:
100A电流,外层走线,1oz铜厚,温升25°C时,线宽需要69.94mm,约70mm。这可是一条"超级宽"的线,PCB上基本放不下,实际设计中得用其他方法解决,后面会讲。
3.内层走线的差异
如果是内层走线的k=0.024,比外层的k=0.048小一倍,说明内层散热条件差,同样的电流和温升下,内层需要的截面积更大。咱们简单算一下1A在内层的线宽:
内层线宽是外层的1.6倍左右,符合散热差异。
4.实际设计中的应对:100A怎么办?
70mm的线宽显然不现实,PCB上根本放不下。实际设计中,100A这种大电流通常会用以下方法:
增加铜厚:用2oz甚至4oz铜箔,减少需要的线宽。2oz铜厚时,100A的线宽会减半,变成35mm左右,但还是很宽。
多层并联:在多层PCB中,把几层走线并联起来。比如4层板每层放一条20 mm宽的线,相当于80mm宽,勉强能搞定。
铺铜或加母排:对于大电流,直接在PCB上铺大面积铜箔,或者用铜排Busbar代替走线,散热更好,压降更小。
Part 04、总结
通过计算,1A电流只需要0.13mm的线宽(外层,1oz铜厚,25°C温升),而100A需要70mm的线宽,显然需要特殊处理。实际设计中,线宽选择得综合考虑电流、温升、铜厚、散热条件和加工能力。小电流时可以稍微宽松点,大电流时得用铺铜、加母排等"硬核"方法。
设计时多算几遍,别让PCB"热到冒烟",毕竟电路稳了,你才能睡得香!觉得自己手动计算麻烦?也有在线计算器哦:
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