跟踪电流限制是多少?


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之前曾提出过类似的问题和话题,例如

过去我曾经使用过PCB Toolkit,但并没有遇到实际问题,但以前通过信号走线运行的电流也没有超过1A。我注意到的是某些计算器之间存在差异。我想知道哪套工具更值得信赖。

我知道在图片中有很多图片信息,您可以跳到该问题的底部以获取图片展示的摘要(如果这样更容易)。

PCB工具包

启用IPC-2152修饰符

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常规窗口如下所示

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我一直在尝试导体的宽度,直到能够达到〜2A。我的输入设置如下

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我相信我的晶圆厂起始基数为0.5安士,然后再镀。

这是外层的结果

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内层(我将导体宽度更新为22密耳)

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如果将选项从“当前平面”更改为“不存在平面”,则会得到一组不同的值。

保持外部图层的设置相同,仅更改当前平面:否

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启用不带修饰符的IPC-2152

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从我之前提出的一个问题开始,PCB上的强制通风是否会提高走线的电流容量?,这似乎表明散热改善了电流限制,然后该平面的存在有助于冷却,因此可以处理比没有时更大的电流。

CircuitCalculator.com:PCB走线宽度计算

我本来希望两者之间的值相似,但实际上并非如此。

如果要输入与我为PCB Toolkit输入的值相同的值(除了平面状态,基础铜和电镀铜以外),我得到以下信息

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**Summary**
The following all has a target current of ~2A with a 20C temp rise.
PCB Toolkit with IPC-2152 modifiers           Internal Trace       22 mils
PCB Toolkit with IPC-2152 without modifiers   Internal Trace       55 mils
Circuit Calculator                            Internal Trace       52.6 mils

PCB Toolkit with IPC-2152 modifiers           External Trace       12 mils
PCB Toolkit with IPC-2152 without modifiers   External Trace       36 mils
Circuit Calculator                            External Trace       20.2 mils

所以我的问题是,这是正确的,因为如果可能的话,我还试图维持50欧姆的线路?我倾向于使用PCB Toolkit更为准确,因为在线计算器使用的是IPC-2221A,而且自2008年3月以来似乎未对网站进行过更新(最新博客文章)。

最后,我要寻找的是最小的外部/走线,它可以处理2A电流而不会增加铜的厚度。较小的走线使得在不增加电路板厚度的情况下更容易获得50欧姆的线路。


直接比较结果会有所帮助,因为它很麻烦滚动,查看图片并找到有用的值。
Rev1.0

@ Rev1.0这是一个公平的观点。让我将一些图像合并在一起。
efox29 2015年

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您似乎在PCB Toolkit中使用1MHz的交流电流进行了计算,而CircuitCalculator工具可能假设为DC。我真的认为您应该保守设计,而不要挤出最后的米尔。您的电路上有多少2A迹线?您不是为了节省十几密耳的电路板工作量而努力吗?
2015年

@Atsby检查PCB Toolkit中的DC选项不会更改电流。它仅影响皮肤深度。我有很多2A迹线,足以与电路板空间有关。
efox29 2015年

只是出于兴趣,“有和没有”修饰符之间的IPC规范有什么区别?差别很大!
Rev1.0

Answers:


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我将尝试通过我自己对此的研究来回答这个问题。

迹线宽度与电流的许多在线计算器都源自几年前发布的文档。一些消息来源说这是在1950年代,但我一直找不到它的首次发布日期。(公平地说,我看起来也不难)。IPC-2221是印制板设计的通用标准。

我在这里找到了IPC-2221的副本[link]

该文档有一个更现代的版本(我没有日期),它的IPC-2152此后更新了过去的一些较早的信息。如果原始文件发布于1950年代,那么PCB设计还有很长的路要走,例如使用平面和多层板。

PCB Toolkit软件(默认情况下)将IPC-2152与称为修饰符的东西一起使用。我会尽快了解更多。另一个网站(http://www.smps.us/)还提供了走线宽度与电流的计算器,并使用IPC-2152作为基线链接,并且正文中对与新旧之间的差异进行了一些解释。

直到最近,用于计算温度上升的印刷电路板(PCB)迹线宽度的主要来源还是半个多世纪前进行的实验得出的图。

说吧..

基于最新研究的新标准IPC-2152涉及更多。它提供了100多种不同的图形,并允许您考虑许多其他因素,例如PCB和导体的厚度,与铜平面的距离等。

该页面的其余部分包括一个计算器和一些方程式,以及作者做某些事情的方式和原因,但是他说的一件事是

如果您的导体附近有多层铜板,则实际ΔT会大大降低。但是,对于没有平面的小于70密耳的板,温度可能会更高。因此,IPC将图5-2视为保守派可能会产生误导。无论如何,为了反映特定应用程序的条件,可以引入一个校正(修改)因子作为估计的实际值与通用∆T之比。

我认为这是我们在PCB Toolkit中看到的修改器。当我为PCB Toolkit和此在线计算器插入相同的值时,得到的结果相同**

在此处输入图片说明 在此处输入图片说明

**内部走线宽度与在线计算器的修订宽度匹配。

该文件还任意假定内部导体只能承载外部导体电流的一半。实际上,正如新标准中提到的那样,内层实际上可以在较低温度下运行,因为电介质的导热率比空气好10倍。

我认为这很有趣,据维基百科

Thermal conductivity, through-plane 0.29 W/m·K,[1] 0.343 W/m·K[2]
Thermal conductivity, in-plane  0.81 W/m·K,[1] 1.059 W/m·K[2]

以及工程工具箱,温度约为20摄氏度,空气的热导率为0.0257 W / m·K

因此,如果您有一个平面,则电介质会散布热量,因此您的走线实际上可以处理比以前认为的更大的电流。

TL; DR IPC-2152是用于迹线宽度与电流的新标准,并且包括平面散热,因此迹线可以处理比以前想象的更大的电流。

PCB Toolkit(程序)和http://www.smps.us/pcb-calculator.html使用此新标准。因此,如果您需要以更高的额定电流挤入更多的走线,或者试图达到目标阻抗并能够承受更高的负载,则IPC-2152将可以提供帮助。但是,如果您可以做得更大,那么就做大,因为保守起来比较好,但是如果您需要进一步挤压并被视为“安全”,那么我认为这就是方法。


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我以前使用过PCB轨迹计算器,但对结果不满意。首要原因是研究已经进行了很长时间,其次,这些计算器使您从研究条件中抽象出来,例如-研究时考虑的安全因素是什么,操作条件是什么,PCB质量是什么?除此之外,一旦获得了完整的PCB,其规格将与理论值完全不同。例如,确切的导体厚度将取决于制造公司执行的所有过程。因此,在现实生活中使用理论结果变得困难/效率低下。

回到基础,安培处理能力与基础物理学有关。任何走线都将具有有限的电阻。当您在电位降下通过电流时,磁道中会有功耗P = V * I。如果达到轨道的熔点,则PCB会损坏。而已。

我建议一种实用的方法,而不是理论上的方法。这个想法是要制造出一块PCB,该PCB的走线具有不同的厚度,并且彼此平行放置。还要使该板具有不同的铜厚度(35微米,70微米等)。将其用作该特定制造工厂的参考板(只是偏执侧)。每当您要查找走线宽度的电流容量时,只需将信号施加到您认为不会在此电流下熔化的走线即可。让它在那里停留一会儿,直到痕迹达到稳定的温度。尝试用手感觉温度(或使用非接触式温度计或任何可用的温度测量)。

确保对PCB可能遇到的最坏情况进行测试。获得温度后,您可以轻松确定走线宽度。


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我做过类似的测试,有一块旧电路板,走线有1000万,我将3A电流注入其中,并放置了大约一个小时。迹线周围的区域确实摸起来很热,感到有些可测量的疼痛,使我的手指停留了5秒钟以上。但是痕迹似乎已经完好无损。对于5英寸走线,它下降了约2V,但3A超出了我的需求。但是您的想法是包括一块宽度和厚度各异的板。不幸的是,我没有非接触式温度计,我必须看看我是否可以租一两天。
efox29

@ efox29-我认为您不需要跟踪的精确温度值。您只需要用手指就能感觉到。您将无法轻易容忍超过70摄氏度超过5秒钟的时间。因此,如果触摸痕迹温度感觉舒适,则可以使用。
Whiskeyjack,2015年

您不能直接触摸的痕迹,即内部痕迹呢?我的高电流走线在内部层上,两层都靠近实体平面。我当前的叠层使我的外部走线为12mil,内部走线为18mil,以实现50欧姆的阻抗。
efox29 2015年

内层不能轻易散热,因此您需要采取更大的安全裕度。另外,您可以通过用另一块PCB覆盖走线(请确保不要短接任何连接)并随后在取下盖子后快速进行测量来模拟内部层。这将使您对内部层的温度上升有一个大概的了解。
Whiskeyjack

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根据我对调查的了解,电介质中的导热系数比空气中的导热系数大(仅假设对流)。考虑到较高的导热率和与平面的接近度,我认为热量会散布更多,而不是集中在某些区域。这是IPC-2221和IPC-2152之间的差异之一。有什么想法吗?
efox29 2015年
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