大电流PCB线宽载流量的设置

在电子硬件设计中，PCB（印制电路板）的设计是一项关键任务，特别是在处理大电流时，线宽的设定显得尤为重要。线宽的大小直接影响着电路的载流量、温升和散热性能，从而影响整个系统的稳定性和寿命。本文将详细讨论大电流PCB线宽载流量的设置以及相关设计原则。 我们需要理解线宽与载流量的关系。载流量是指在一定温升条件下，PCB线路能够安全承载的最大电流。线宽的选择取决于电流的大小、允许的温升、铜箔厚度以及电路板材料等因素。通常，线宽越大，能够承载的电流越大。国际上通用的载流量表格给出了不同线宽和铜厚下的安全电流值。例如，对于1.27mm的线宽，铜厚为1oz（1oz指的是每平方英尺1盎司铜），若温升要求为10度，其安全载流量大约是2.6A。 在步进电机驱动器的设计中，由于电机出线需要流过4A的电流，因此必须确保线宽足够以满足这个需求。根据不同的应用手册，如英飞凌半导体的IGBT和MOS管布线推荐，1oz铜厚下，1mm线宽推荐的最大电流约为1.2A，温升10度时可达到2.4A。为了确保良好的散热和降低温升风险，1mm线宽最好限制在1.5A以内。因此，为安全地通过4A电流，推荐的线宽至少为4A/1.5A/mm=2.6mm。 此外，提高散热性能的方法包括：将功率线布置在PCB的表层，因为中间层的线宽要求更高；加大敷铜面积，通过增加线宽来分散电流；为电路板提供风扇冷却，以降低整体温度；避免在发热元件附近布置导线，例如采样电阻应远离高发热部件。 需要注意的是，当使用铜皮作为大电流导线时，其载流量应按表中数值的50%进行降额选择，这是因为铜皮与单条线相比，散热条件更差。例如，1mm，1oz的铜皮在未考虑温升的情况下可承载约1.15A的电流。 计算线宽时，还要考虑铜箔的厚度。通常，PCB铜箔厚度为35um，1mm宽的线条横截面积为0.035平方毫米。基于电流密度一般选取30A/平方毫米，这意味着每毫米线宽理论上可以流过1A电流。然而，实际应用中，由于温升和其他因素的影响，这个值需要适当减小。 设计大电流PCB时，确定线宽载流量是一个复杂的过程，需要综合考虑电流大小、温升限制、铜厚、线路布局和散热措施等多个因素。通过合理的计算和参照标准表格，设计师可以确保电路板的可靠性和效率，防止因过热导致的潜在故障。