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技術(shù)專題
PCB設(shè)計(jì)走線中的電流密度
在PCB設(shè)計(jì)中，PCB走線電流密度是一個(gè)經(jīng)常被忽視的因素，可能導(dǎo)致災(zāi)難性的結(jié)果。PCB走線電流密度由流過(guò)導(dǎo)電材料單位面積的電流量定義。
在典型的PCB中，走線由銅制成。盡管銅具有很高的導(dǎo)電性，但由于不存在這種材料，因此它并不是理想的導(dǎo)體。它確實(shí)具有一定量的電阻，并且這可以限制在銅走線充分加熱之前流過(guò)的電流量。
IPC-2221印制板設(shè)計(jì)通用標(biāo)準(zhǔn)中給出了相對(duì)于電流和銅走線寬度的溫度升高的計(jì)算公式。如果您不喜歡手動(dòng)計(jì)算，則可以使用各種PCB跟蹤電流計(jì)算器。
高PCB走線電流密度對(duì)產(chǎn)品功能的影響
如果幸運(yùn)的話，忽略PCB走線電流密度將使您免于沉迷。但是，開始抱怨電路板過(guò)熱，或者在某些極端情況下，由于斷線而冒出黑煙，這只是時(shí)間問(wèn)題。
健康的血管可以承受一定程度的血壓。更高的價(jià)格會(huì)讓您的醫(yī)生感到擔(dān)憂。PCB走線也是如此。如果它們不適合處理通過(guò)的電流量，則會(huì)散發(fā)過(guò)多的熱量，并且銅可能會(huì)變質(zhì)。
忽略PCB走線電流密度的問(wèn)題是，這種影響可能不會(huì)立即顯現(xiàn)出來(lái)。在我的一項(xiàng)設(shè)計(jì)中，在原型階段未發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題，只有不滿意的技術(shù)人員經(jīng)常抱怨PCB過(guò)熱，才發(fā)現(xiàn)PCB中的錯(cuò)誤。
忽略PCB跡線電流密度時(shí)，請(qǐng)準(zhǔn)備好冒煙和起火。
同樣，在某些情況下，原型板上電后，PCB上的走線就會(huì)被吹走。這是一個(gè)很明顯的情況，即PCB走線上沒(méi)有足夠的寬度來(lái)處理通過(guò)的電流。
即使您免于遭受如此巨大的后果，電流密度問(wèn)題也可能會(huì)影響到電源輸出。您可能會(huì)在走線到達(dá)傳送網(wǎng)絡(luò)末端放置的組件之前發(fā)現(xiàn)沿著走線的電壓降。
無(wú)論哪種方式，忽略PCB跡線電流密度都是昂貴的，但是，可以在設(shè)計(jì)階段輕松解決它們。
如何確保PCB走線電流密度保持在允許極限以下
下次進(jìn)行新的PCB設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保PCB走線足以應(yīng)付通過(guò)的電流量。當(dāng)您設(shè)計(jì)涉及大電流部件的產(chǎn)品時(shí)，尤其是這樣，例如功率晶體管或超亮LED。
使用PCB走線電流密度計(jì)算器，以確保承載大電流的走線以所需的最小寬度布線。請(qǐng)記住，不僅銅走線的寬度至關(guān)重要，而且互連通孔也很重要。連接兩層走線很寬，但走線很小，將毫無(wú)意義。
確保較粗的走線以計(jì)算出的寬度產(chǎn)生大電流。
具有較寬的走線以緩解電流密度問(wèn)題意味著您在PCB上的空間較小。在當(dāng)今較小的電子產(chǎn)品趨勢(shì)中，您可能希望從PCB制造商那里選擇較粗的銅。它使您可以減小走線的寬度，同時(shí)保持足夠的導(dǎo)電面積。