Como conectar grandes traços a almofadas no PCB?


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Estou projetando uma PCB e 10 A-15 A de corrente estão fluindo em um traço. Eu acho que uma faixa de 300 mil deve ser usada para 1 oz de espessura de Cu. Vejo que é impossível conectar dois pads a uma faixa de 300  mil , porque isso viola as regras de design e também outros pads estão incluídos no rastreamento, o que é indesejável.

Digite a descrição da imagem aqui

Figura: conexão de traço de 300 mil de largura, entre o pad e o traço de 300 mil, há um traço de 80 mil (acima) e um traço de 60 mil (abaixo).

O que eu pergunto é:

Essa conexão pode transportar a corrente que um traço de 300 mil pode transportar? Quais medidas devem ser tomadas?


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Se você precisar dos pinos 1 e 3, sugiro que você se livre deles - ou altere o design para que cada um transmita o mesmo sinal que o pino 2. Eu também sugeriria um "preenchimento de inundação" da área. Por fim, considere usar o PCB para manter alguns postes pesados ​​e passar o fio entre os postes. Pelo menos 18 AWG: ver powerstream.com/Wire_Size.htm
Alan Campbell

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@ Alan Campbell Este dispositivo de 3 pinos é um mosfet, e todos os pinos são necessários, talvez eu deva considerar separar as pernas do transistor com uma distância de duas polegadas em vez de uma polegada (padrão).
electro103

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Nesse caso, como outros já responderam: é tudo sobre o quão quente a pista ficará. PCB queimados cheiram horrivelmente. A execução de 18AWG (ou 16) nas linhas de energia e retorno deve ser suficiente.
Alan Campbell

Respostas:


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Você precisa se preocupar com dois valores: queda de tensão e dissipação de energia. Ambos são simples Lei de Ohm e são funções da resistência a traços.

A resistência ao traço é um produto de sua área de seção transversal e seu comprimento.

Reduza o comprimento e você reduz a resistência. Reduza a largura e você aumenta a resistência.

Assim, você pode executar um rastreio mais estreito e ainda lidar com a corrente.

A fórmula para calcular a resistência de um traço é:

R=ρlA(1+(αΔT))
  • ρ é a resistividade, que para o cobre é .1.68×108Ω/m
  • A é a área da seção transversal em m²
  • l é o comprimento do traço em m
  • α é o coeficiente de temperatura, que para o cobre é 0,003862 a 20 ° C.
  • ΔT é a diferença de temperatura de 20 ° C

Portanto, para um traço de 300 mil (7,62 mm) a 1oz, que é uma espessura de 0,0347 mm, uma seção transversal retangular seria

0.00762×0.0000347=0.000000264m²

Obviamente, com gravura e outros fatores, não será tão espessa nem perfeitamente retangular, então reduza um pouco - digamos, por conveniência, é 0,0000002m².

Então você tem um traço de 0,05 m de comprimento (5 cm). Qual é a resistência desse traço a, digamos 23 ° C?

R=1.68×1080.050.0000002(1+(0.003862×3))
R=1.68×108×250000×1.011586
R=0.00425Ω

Portanto, uma vez que você tenha resistência e conheça a corrente, poderá aplicar a Lei de Ohm simples a ela. Diga 15A, seu valor superior.

A tensão caiu nesse traço é

V=IR=15×0.00425=0.064V

A dissipação de energia será

P=I2R=15×15×0.00425=0.956W

Então agora você pode calcular qual seria a queda de tensão e a dissipação de energia em seus pequenos traços para ver se é tolerável.

Também existem vários truques que você pode usar para lidar com correntes maiores. Um dos mais comuns (e à moda antiga) é deixar os traços desmascarados e depois inundá-los com solda extra. Isso aumenta enormemente a área da seção transversal, reduzindo assim a resistência. Você também pode usar a galvanoplastia para obter um resultado semelhante, embora isso seja consideravelmente mais difícil, especialmente em apenas uma pequena área da placa.

O uso de fios em vez de (ou também) traços também pode ser feito.

Como um aparte, você também deve considerar se as conexões e os pinos usados ​​nos conectores são adequados para transportar até 15A.


Um traço ainda mais estreito, como você, pode carregar 15 Amperes? Existem algumas ferramentas online que calcula a largura traço PCB, como circuitcalculator.com/wordpress/2006/01/31/...
electro103

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Não é uma questão de "pode ​​aguentar a corrente", mas uma questão de "a tensão nesse traço cairá mais do que eu gostaria e aquecerá mais do que eu posso tolerar?".
Majenko

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No final, tudo se resume à dissipação de energia, resultando em calor. Traços mais largos obviamente reduzem a resistência, melhoram a dissipação de calor e, portanto, são ótimos. Perceba que, embora a resistência ao rastreamento seja uma função da largura e do comprimento, a dissipação de calor também é. Um traço duas vezes maior pode ter o dobro da resistência ao traço, mas também pode dissipar cerca de duas vezes mais calor. Portanto, você precisa se preocupar principalmente com o aumento de temperatura que pode tolerar.

-> O dobro do comprimento do traço significa mais calor geral, mas não mais calor por unidade de comprimento do traço.

Portanto, calcule quanto aumento de temperatura você pode pagar e apenas mantenha o comprimento dos traços finos o mais curto possível. Não existe um mínimo absoluto per se.


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Penso que as duas partes da questão do calor são o calor gerado pela própria resistência e a capacidade do traço de absorver o calor (é a resistência térmica), que também pode ser gerado a partir de outras áreas do PCB. Um traço "gordo" gera inerentemente menos calor, porque possui menos resistência, de modo que a corrente possa fluir com menos perdas.
KyranF

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Assim como a força de uma corrente é forte apenas como seu elo mais fraco, a capacidade de carga atual de um traço é tão boa quanto sua seção mais fina . Para a amostra que você fornece, é a seção de 60 mil . Embora o cobre "extra" fornecido pela seção mais grossa ajude na remoção de calor, ele não faz nada pela capacidade de carga atual do traço. Portanto, o número que você deve usar para os cálculos deve ser 60 e não 300 mil. Se o rastreio de 300 mil for bom para 15A, o rastreio da amostra seria bom apenas para 15A x (60/300) = 3A .


-1 por várias razões, mas "a capacidade de carga atual de um rastreamento é tão boa quanto sua seção mais fina" não é verdadeira. Essa visão é simplista demais para o mundo real do design de PCBs de alta corrente.
Matt Young

@ Matt Young, eu concordo que estou dando uma resposta simples. Mas simples não significa que não seja verdade. Se você observar as equações envolvidas (I = E / R, R = k / A, A = hxw), obtém I = Kw / h. O que mostra que a capacidade atual do rastreamento é diretamente proporcional à largura do rastreamento!
Guill
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