Calcolo della larghezza e del gioco della traccia

Qual è la matematica dietro le tracce e i calcoli di liquidazione? Sto progettando un PCB, che trasporterà 12V e 6A, quale dovrebbe essere la larghezza e il gioco della traccia?

Allo stesso modo, cosa dovrebbe essere per 12V 3A e 5V 3A. Esiste una regola empirica generale, con la quale possiamo decidere la larghezza e lo spazio della traccia?

In realtà sono due domande separate. Sono le tensioni del circuito che determinano i requisiti di spazio, mentre i livelli di corrente determinano i requisiti di larghezza (e spessore).

Larghezza traccia

Affrontando prima quest'ultimo, è la larghezza e lo spessore di una traccia di rame su un PCB che determina la sua area della sezione trasversale, allo stesso modo del diametro di un normale filo. L'area della sezione trasversale determina la sua resistenza per unità di lunghezza, a quel punto spetta a te decidere due cose:

• Quanta caduta di tensione (ΔV = I × R) puoi tollerare da un'estremità della traccia all'altra?

• Quanto riscaldamento della traccia (Potenza = I ² R) puoi tollerare?

Uno o l'altro di questi sarà il fattore limitante per ogni traccia.

Ad esempio, potresti avere "1 oz". rame sul PCB. Questa è una notazione abbreviata per "1 oncia di rame per piede quadrato", che si traduce in uno spessore di 1,38 mil o 0,035 mm. Una traccia larga 10 mil (0,254 mm), quindi, ha una sezione trasversale di 13,8 mil ² che è approssimativamente equivalente a un filo AWG38. Avrà una resistenza di circa 0,75 Ω / ft. e la capacità corrente è dell'ordine di 10 s di mA.

Per gestire correnti più elevate, è possibile selezionare "2 oz". rame (spessore 0,070 mm) e utilizzare tracce che sono, diciamo, larghe 100 mil (2,54 mm). Questo ti dà una sezione trasversale di 276 mil ² che è approssimativamente equivalente a un filo AWG24.

Si noti che poiché le tracce su un PCB sono molto piatte e larghe, in realtà sono molto meglio nel liberare il calore nell'ambiente rispetto al filo circolare equivalente. Per quanto riguarda le perdite di I ² R, è possibile aggiungere molta più corrente attraverso una traccia PCB - ma è comunque necessario prestare attenzione all'aumento della temperatura e alla gestione termica associata.

autorizzazione

La distanza richiesta tra i conduttori è determinata dalla differenza di tensione tra loro e dalla quantità di corrente di dispersione che è possibile tollerare. La corrente di dispersione è principalmente associata alla contaminazione superficiale del PCB (ad es. Flusso residuo, polvere accumulata, umidità, ecc.).

Una linea guida viene dai servizi di test di sicurezza come UL, che richiede una distanza di dispersione di 5 mm per kilovolt per i circuiti che dovrebbero essere "isolati" l'uno dall'altro (gruppo di materiali I, grado di inquinamento 2 da UL840 ).

Ovviamente, questa linea guida fornisce valori molto piccoli per basse tensioni (0,05 mm o 0,002 pollici a 10 V), quindi il fattore limitante diventa in realtà le larghezze di linea / spazio di cui è capace la vostra casa del PCB.

Oltre all'eccellente risposta di Dave, potresti voler esaminare lo standard IPC-2152, che definisce lo "Standard per la determinazione della capacità di trasporto di corrente nella progettazione di schede stampate".

L'unico standard industriale per determinare le dimensioni appropriate dei conduttori interni ed esterni su schede stampate in funzione della capacità di carico richiesta e dell'innalzamento della temperatura del conduttore accettabile. Questo documento fornisce una guida su come conducibilità termica, viali, piani di rame, dissipazione di potenza e materiale e spessore della scheda stampata incidono sulla relazione tra corrente, dimensioni del conduttore e temperatura. 97 pagine. Rilasciato agosto 2009.

Può essere acquistato qui.

Ma ci sono utili calcolatori disponibili come il kit di strumenti Saturn PCB