走线宽度和间隙计算

电器工程 pcb设计 痕迹
2022-02-04 02:36:28

痕迹和间隙计算背后的数学是什么?我正在设计一个 PCB,它将承载 12V 和 6A,走线宽度和走线间隙应该是多少?

同样,12V 3A 和 5V 3A 应该是什么。是否有一般的经验法则,我们可以使用它来决定走线宽度和间隙?

2个回答

这实际上是两个不同的问题。电路电压决定了间隙要求,而电流水平决定了宽度(和厚度)要求。

走线宽度

首先处理后者,PCB上铜迹线的宽度和厚度决定了它的横截面积,就像普通导线的直径一样。横截面积决定了它每单位长度的阻力,此时,由您决定两件事:

  • 从走线的一端到另一端,您可以容忍多少电压降 (ΔV = I × R)?

  • 你能容忍多少走线的加热(功率 = I 2 R)?

这些中的一个或另一个将是每个迹线的限制因素。

例如,您可能有“1 盎司”。PCB上的铜。这是“每平方英尺 1 盎司铜”的简写符号,表示厚度为 1.38 密耳或 0.035 毫米。那么,10 密耳(0.254 毫米)宽的走线具有 13.8 密耳2的横截面积,大致相当于 AWG38 导线。它的电阻约为 0.75 Ω/ft。电流容量在 10 毫安左右。

要处理更高的电流,您可以选择“2 oz”。铜(0.070 毫米厚)并使用 100 密耳(2.54 毫米)宽的走线。这为您提供了 276 mil 2的横截面积,大致相当于 AWG24 电线。

请注意,由于 PCB 上的走线非常平坦且宽阔,因此它们实际上比等效的圆形导线更能更好地为环境散热。因此,就 I 2 R 损耗而言,您可以通过 PCB 走线提供更多电流——但您仍然需要注意温升和相关的热管理。

清除

导体之间所需的间距取决于它们之间的电压差和您可以承受的泄漏电流量。泄漏电流主要与 PCB 的表面污染有关(例如,残留通量,以及积聚的灰尘、湿气等)。

一条准则来自安全测试服务,例如 UL,它要求应该相互“隔离”的电路(材料组 I,污染等级 2,UL840)的爬电距离为每千伏 5 毫米。

显然,该指南为低电压提供了非常小的值(10 V 时为 0.05 mm 或 0.002 in.),因此限制因素实际上变成了您的 PCB 工厂能够提供的线/空间宽度。

除了 Dave 的出色回答之外,您可能还想查看 IPC-2152 标准,该标准定义了“确定印制板设计中载流能力的标准”。

根据所需的载流能力和可接受的导体温升确定印制板上适当的内部和外部导体尺寸的唯一行业标准。本文档提供了关于热导率、通孔、铜层、功耗和印制板材料和厚度如何影响电流、导体尺寸和温度之间关系的指南。97 页。2009 年 8 月发布。

可以在这里获取。

但是有一些方便的计算器可用,比如Saturn PCB 工具包