高壓設計的PCB設計走線(xiàn)

2020-09-01

銅是一種具有高熔點(diǎn)的強導體，但您仍應盡力保持低溫。在這里，您需要適當調整走線(xiàn)寬度的大小，以將溫度保持在一定范圍內。但是，這是您需要考慮給定走線(xiàn)中流動(dòng)的電流的地方。當使用電源軌，高壓組件以及電路板的其他對熱敏感的部分時(shí)，可以通過(guò)PCB走線(xiàn)寬度與電流表的關(guān)系來(lái)確定布局中需要使用的走線(xiàn)寬度。

大多數表格的一個(gè)問(wèn)題是，它們不能解決受控阻抗路由問(wèn)題。您已經(jīng)確定了走線(xiàn)的大小以便控制阻抗，僅通過(guò)查看表就很難確定溫度上升，并且您必須使用計算器。但是，一種替代方法是使用IPC 2152諾模圖檢查電流-溫度關(guān)系是否在受控阻抗曲線(xiàn)中的工作范圍內。

在日常工作中，我發(fā)現自己花了很多時(shí)間瀏覽EE論壇。在PCB設計和布線(xiàn)過(guò)程中經(jīng)常出現的一個(gè)問(wèn)題是確定建議的走線(xiàn)寬度，以將設備的溫度保持在給定電流值的一定范圍內，反之亦然。盡管銅的熔點(diǎn)高并且可以承受高溫，但理想情況下，您應該將電路板的溫度上升幅度保持在10°C以?xún)?。允許PCB走線(xiàn)達到很高的溫度會(huì )增加組件看到的環(huán)境溫度，這會(huì )給主動(dòng)散熱措施帶來(lái)更大的負擔。

該IPC 2152標準是漿紗線(xiàn)和過(guò)孔的時(shí)候開(kāi)始的地方。這些標準中指定的公式對于計算給定溫升的電流限值很簡(jiǎn)單，盡管它們沒(méi)有考慮受控的阻抗布線(xiàn)。話(huà)雖這么說(shuō)，在確定PCB跡線(xiàn)寬度/橫截面積時(shí)，使用PCB跡線(xiàn)寬度與電流表是一個(gè)很好的起點(diǎn)。這使您可以有效地確定走線(xiàn)中允許電流的上限，然后可以使用該上限來(lái)調整走線(xiàn)的大小，以進(jìn)行受控阻抗布線(xiàn)。

當在大電流下運行的板上溫度升高達到非常大的值時(shí)，基板的電性能會(huì )在高溫下表現出相應的變化?；宓碾姎夂蜋C械性能會(huì )隨溫度而變化，如果長(cháng)時(shí)間在高溫下運行，則基板會(huì )變色和變弱。這是我知道的設計師會(huì )確定走線(xiàn)尺寸的原因之一，以使溫度上升保持在10°C以?xún)?。這樣做的另一個(gè)原因是要適應廣泛的環(huán)境溫度，而不是考慮特定的工作溫度。

下面的PCB跡線(xiàn)寬度與電流的關(guān)系表顯示了跡線(xiàn)寬度和相應的電流值的數量，它們會(huì )以1 oz / sq將溫度升高限制在10°C。英尺銅重。這應該使您了解如何調整PCB中走線(xiàn)的大小。

您可能已經(jīng)注意到此表中的三件事：

不同的走線(xiàn)厚度/銅重量。跡線(xiàn)厚度需要根據板上的銅重量計算得出。我們僅包括標準的1盎司/平方尺。英尺以上的值。但是，要在大電流下運行的電路板通常需要較重的銅，以適應較高的溫度上升。

無(wú)阻抗數據。如果需要使用受控阻抗路由，則需要驗證計算出的走線(xiàn)尺寸是否滿(mǎn)足上述指定的限制。

替代基材。上面的數據是針對FR4編譯的，它將涵蓋大量已投產(chǎn)的PCB。但是，高級應用程序可能需要鋁芯PCB，陶瓷基板或高級高速層壓板。如果您使用導熱率較高的基板，則隨著(zhù)熱量從溫暖的走線(xiàn)帶走，走線(xiàn)的溫度會(huì )降低。對于一階近似值，溫度上升將通過(guò)所需基材的導熱系數與FR4的導熱系數之比進(jìn)行縮放。

使用IPC 2152 Nomograph

如果要使用不同的銅重量，請針對溫度上升和電流驗證受控的阻抗布線(xiàn)尺寸，然后應使用IPC 2152標準中的列線(xiàn)圖。對于特定的電流和溫度上升，這是確定導體尺寸的好方法。另外，如果您已經(jīng)選擇了走線(xiàn)寬度，則可以確定將導致特定溫度升高的電流。這在下面的列線(xiàn)圖中的兩個(gè)示例中顯示。

紅色箭頭顯示如何確定所需的走線(xiàn)寬度，銅重量（即走線(xiàn)橫截面積）和溫度上升的最大電流。在此示例中，首先選擇導體寬度（140密耳），然后將紅色箭頭沿水平方向繪制到所需的銅重量（1盎司/平方呎）。然后，我們垂直跟蹤到所需的溫升（10°C），然后追溯到y軸以找到相應的電流限制（?2.75 A）。

橙色箭頭朝另一個(gè)方向移動(dòng)。我們從所需的電流（1 A）開(kāi)始，然后水平追蹤至所需的溫度上升（30°C）。然后，我們垂直向下跟蹤以確定跟蹤尺寸。在此示例中，假設我們指定0.5 oz / sq。英尺銅重。追溯到這條線(xiàn)之后，我們水平地追溯到y軸，以找到?40密耳的導體寬度。假設我們要使用的銅重量為1 oz / sq。ft .; 在這種情況下，我們會(huì )發(fā)現所需的走線(xiàn)寬度為20密耳。

驗證受控阻抗路由

讓我們看一個(gè)簡(jiǎn)單的示例，其中涉及上面的諾模圖，它與4.7 mil層壓板頂部的50 Ohm微帶走線(xiàn)一起使用。如果使用微帶走線(xiàn)阻抗計算器，則會(huì )發(fā)現2密耳的走線(xiàn)厚度要求6.5密耳的走線(xiàn)寬度?，F在，我們可以在上面的諾模圖中使用這些值來(lái)確定給定溫升的電流極限（請參見(jiàn)紅線(xiàn)示例）。如果將最大溫升指定為10°C，則可以看到該跡線(xiàn)中允許的最大電流為?400 mA。