PCB走线电流容量在PCB设计中的作用

PCB走线电流容量在PCB设计中的作用

当涉及PCB设计时，PCB布线电流容量的限制非常重要。尽管 IPC-2221 通用设计指南是一个很好的起点，但 PCB 布线宽度计算器提供了可用于电路板设计的准确值。

PCB上布线的电流容量由布线宽度、布线厚度、所需的最高温升、布线是在内层还是外层、是否有阻焊剂覆盖等参数决定。

在本文中，我们将讨论：

PCB布线宽度
PCB布线的载流能力
大电流PCB
高电流 PCB 布局指南
大电流PCB设计技巧
PCB布线宽度计算器
PCB布线宽度是多少？

PCB布线或PCB布线是PCB板上的铜导体，可以在PCB表面传导信号。蚀刻后留下的就是铜箔的平坦狭窄部分。流经铜迹线的电流会产生大量热量。正确校准 PCB 布线宽度和厚度有助于最大限度地减少电路板上的热量积聚。走线越宽，电流阻抗越低，热量积累越少。如下图所示，PCB走线宽度是走线的水平尺寸，厚度是走线的垂直尺寸。

PCB布线结构

PCB开发总是从默认的布线宽度开始。然而，这种默认布线宽度并不总是适合所需的 PCB。这是因为需要考虑走线的载流能力来确定走线宽度。

在确定正确的布线宽度时，需要考虑以下几个因素：

铜层厚度 – 铜层厚度是 PCB 上的实际布线厚度。高电流 PCB 的默认铜厚度约为 1 盎司（35 微米）至 2 盎司（70 微米）
导线截面积 – PCB 上的功率要求越高，则需要更大的导线截面积。这与线宽成正比。
走线位置 – 底层或顶层或内层

如何设计大电流 PCB？

数字、射频和功率电路主要处理或传输低功率信号。这些应用的铜重量为 1-2 盎司，载流电流为 mA 至 1A 或 2A。在某些应用中，例如电机控制，需要高达 50A 的电流，这将需要 PCB 上更大的铜重量和布线宽度。

针对大电流需求的常规设计方法是加宽铜线，并将线的厚度增加到2oz。这将增加电路板上的空间要求和电路板上的层数。

PCB Design

高电流 PCB 布局指南

这些是设计和制造高电流 PCB 的指南：

保持大电流接线短
较长的电缆具有较高的电阻值，并且还承载较高的电流，从而导致较高的功率损耗。由于功率损耗产生的热量，电路板的寿命会缩短。因此，保持承载大电流的布线尽可能短是非常重要的。
计算适当温升下的布线宽度
走线宽度是电阻和流过它的电流以及允许温升等变量的函数。通常情况下，环境温度高于25℃时，允许温升10℃。如果板材的材料和设计允许，温度甚至可以升高20℃。

将敏感部件与热隔离

一些电子元件，例如电压基准、模数转换器和运算放大器，对温度变化很敏感。当这些组件被加热时，它们的信号可能会发生变化。

众所周知，大电流板会发热，因此上述部件需要与热点进行一定程度的热隔离。您可以通过在板上打孔并提供散热器来做到这一点。

去除阻焊层

为了增加布线的电流容量，您可以去除阻焊层，从而暴露下面的铜。然后，您可以在电线上添加额外的焊料，这会增加电线的厚度并降低电阻。这将允许更多的电流流过导线，而无需增加导线宽度或额外的铜厚度。

在高电流元件处使用多边形浇注

现场可编程门阵列（FPGA）和处理器采用球栅阵列（BGA）和线栅阵列（LGA）封装，需要大电流。为了实现高电流，您可以将方形多边形直接倒在芯片下方，然后拉下通孔并将它们连接起来。然后，您可以将多边形浇筑链接到较厚的电源线路或电源平面。

将内层用于高电流路径

如果PCB外层没有足够的空间放置较粗的走线，可以在内层填充。接下来，您可以使用过孔链接到外层中存在的高电流器件。

添加铜条以获得非常高的电流

对于电动汽车和电流超过100A的大功率逆变器，铜线可能不是传输电力和信号的最佳方法。在这种情况下，您可以使用可焊接到 PCB 焊盘的铜母线。铜母排比接线粗得多，可以根据需要承载大电流，而不会出现任何发热问题。

在承受大电流的多层板上采用过孔拼接方式进行多重布线