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高壓設(shè)計(jì)的PCB設(shè)計(jì)走線
銅是一種具有高熔點(diǎn)的強(qiáng)導(dǎo)體，但您仍應(yīng)盡力保持低溫。在這里，您需要適當(dāng)調(diào)整走線寬度的大小，以將溫度保持在一定范圍內(nèi)。但是，這是您需要考慮給定走線中流動(dòng)的電流的地方。當(dāng)使用電源軌，高壓組件以及電路板的其他對(duì)熱敏感的部分時(shí)，可以通過PCB走線寬度與電流表的關(guān)系來確定布局中需要使用的走線寬度。
大多數(shù)表格的一個(gè)問題是，它們不能解決受控阻抗路由問題。您已經(jīng)確定了走線的大小以便控制阻抗，僅通過查看表就很難確定溫度上升，并且您必須使用計(jì)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中的工作范圍內(nèi)。
在日常工作中，我發(fā)現(xiàn)自己花了很多時(shí)間瀏覽EE論壇。在PCB設(shè)計(jì)和布線過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)問題是確定建議的走線寬度，以將設(shè)備的溫度保持在給定電流值的一定范圍內(nèi)，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(yīng)該將電路板的溫度上升幅度保持在10°C以內(nèi)。允許PCB走線達(dá)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)散熱措施帶來更大的負(fù)擔(dān)。
該IPC 2152標(biāo)準(zhǔn)是漿紗線和過孔的時(shí)候開始的地方。這些標(biāo)準(zhǔn)中指定的公式對(duì)于計(jì)算給定溫升的電流限值很簡(jiǎn)單，盡管它們沒有考慮受控的阻抗布線。話雖這么說，在確定PCB跡線寬度/橫截面積時(shí)，使用PCB跡線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中允許電流的上限，然后可以使用該上限來調(diào)整走線的大小，以進(jìn)行受控阻抗布線。
當(dāng)在大電流下運(yùn)行的板上溫度升高達(dá)到非常大的值時(shí)，基板的電性能會(huì)在高溫下表現(xiàn)出相應(yīng)的變化。基板的電氣和機(jī)械性能會(huì)隨溫度而變化，如果長(zhǎng)時(shí)間在高溫下運(yùn)行，則基板會(huì)變色和變?nèi)酢＿@是我知道的設(shè)計(jì)師會(huì)確定走線尺寸的原因之一，以使溫度上升保持在10°C以內(nèi)。這樣做的另一個(gè)原因是要適應(yīng)廣泛的環(huán)境溫度，而不是考慮特定的工作溫度。
下面的PCB跡線寬度與電流的關(guān)系表顯示了跡線寬度和相應(yīng)的電流值的數(shù)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(yīng)該使您了解如何調(diào)整PCB中走線的大小。
您可能已經(jīng)注意到此表中的三件事：
不同的走線厚度/銅重量。跡線厚度需要根據(jù)板上的銅重量計(jì)算得出。我們僅包括標(biāo)準(zhǔn)的1盎司/平方尺。英尺以上的值。但是，要在大電流下運(yùn)行的電路板通常需要較重的銅，以適應(yīng)較高的溫度上升。
無阻抗數(shù)據(jù)。如果需要使用受控阻抗路由，則需要驗(yàn)證計(jì)算出的走線尺寸是否滿足上述指定的限制。
替代基材。上面的數(shù)據(jù)是針對(duì)FR4編譯的，它將涵蓋大量已投產(chǎn)的PCB。但是，高級(jí)應(yīng)用程序可能需要鋁芯PCB，陶瓷基板或高級(jí)高速層壓板。如果您使用導(dǎo)熱率較高的基板，則隨著熱量從溫暖的走線帶走，走線的溫度會(huì)降低。對(duì)于一階近似值，溫度上升將通過所需基材的導(dǎo)熱系數(shù)與FR4的導(dǎo)熱系數(shù)之比進(jìn)行縮放。
使用IPC 2152 Nomograph
如果要使用不同的銅重量，請(qǐng)針對(duì)溫度上升和電流驗(yàn)證受控的阻抗布線尺寸，然后應(yīng)使用IPC 2152標(biāo)準(zhǔn)中的列線圖。對(duì)于特定的電流和溫度上升，這是確定導(dǎo)體尺寸的好方法。另外，如果您已經(jīng)選擇了走線寬度，則可以確定將導(dǎo)致特定溫度升高的電流。這在下面的列線圖中的兩個(gè)示例中顯示。
紅色箭頭顯示如何確定所需的走線寬度，銅重量（即走線橫截面積）和溫度上升的最大電流。在此示例中，首先選擇導(dǎo)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(yīng)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(shè)我們指定0.5 oz / sq。英尺銅重。追溯到這條線之后，我們水平地追溯到y軸，以找到?40密耳的導(dǎo)體寬度。假設(shè)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(xiàn)所需的走線寬度為20密耳。
驗(yàn)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微帶走線一起使用。如果使用微帶走線阻抗計(jì)算器，則會(huì)發(fā)現(xiàn)2密耳的走線厚度要求6.5密耳的走線寬度。現(xiàn)在，我們可以在上面的諾模圖中使用這些值來確定給定溫升的電流極限（請(qǐng)參見紅線示例）。如果將最大溫升指定為10°C，則可以看到該跡線中允許的最大電流為?400 mA。