通常的PCB設計電流都不會(huì )超過(guò)10 A,甚至5 A。尤其是在家用、消費級電子中,通常PCB上持續的工作電流不會(huì )超過(guò)2 A。但是最近要給公司的產(chǎn)品設計動(dòng)力走線(xiàn),持續電流能達到80 A左右,考慮瞬時(shí)電流以及為整個(gè)系統留下余量,動(dòng)力走線(xiàn)的持續電流應該能夠承受100 A以上。
那么問(wèn)題就來(lái)了,怎么樣的PCB才能承受住100 A的電流?
01、方法一:PCB上走線(xiàn)
要弄清楚PCB的過(guò)流能力,我們首先從PCB結構下手。以雙層PCB為例,這種電路板通常是三層式結構:銅皮、板材、銅皮。銅皮也就是PCB中電流、信號要通過(guò)的路徑。根據中學(xué)物理知識可以知道一個(gè)物體的電阻與材料、橫截面積、長(cháng)度有關(guān)。由于我們的電流是在銅皮上走,所以電阻率是固定的。橫截面積可以看作銅皮的厚度,也就是PCB加工選項中的銅厚。通常銅厚以OZ來(lái)表示,1 OZ的銅厚換算過(guò)來(lái)就是35 um,2 OZ是70 um,依此類(lèi)推。那么可以很輕易地得出結論:在PCB上要通過(guò)大電流時(shí),布線(xiàn)就要又短又粗,同時(shí)PCB的銅厚越厚越好。
實(shí)際在工程上,對于布線(xiàn)的長(cháng)度沒(méi)有一個(gè)嚴格的標準。工程上通常會(huì )用:銅厚/溫升/線(xiàn)徑,這三個(gè)指標來(lái)衡量PCB板的載流能力。
以下兩個(gè)表可以參考:

從表中可以大約知道1 OZ銅厚的電路板,在10°溫升時(shí),100 mil (2.5 mm) 寬度的導線(xiàn)能夠通過(guò)4.5 A的電流。并且隨著(zhù)寬度的增加,PCB載流能力并不是嚴格按照線(xiàn)性增加,而是增加幅度慢慢減小,這也是和實(shí)際工程里的情況一致。如果提高溫升,導線(xiàn)的載流能力也能夠得到提高。
通過(guò)這兩個(gè)表,能得到的PCB布線(xiàn)經(jīng)驗是:增加銅厚、加寬線(xiàn)徑、提高PCB散熱能夠增強PCB的載流能力。
那么如果我要走100 A的電
流,我可以選擇4 OZ的銅厚,走線(xiàn)寬度設置為15 mm,雙面走線(xiàn),并且增加散熱裝置,降低PCB的溫升,提高穩定性。
02、方法二:接線(xiàn)柱
除了在PCB上走線(xiàn)之外,還可以采用接線(xiàn)柱的方式走線(xiàn)。
在PCB上或產(chǎn)品外殼上固定幾個(gè)能夠耐受100 A的接線(xiàn)柱如:表貼螺母、PCB接線(xiàn)端子、銅柱等。然后采用銅鼻子等接線(xiàn)端子將能承受100 A的導線(xiàn)接到接線(xiàn)柱上。這樣大電流就可以通過(guò)導線(xiàn)來(lái)走。
03、方法三:定做銅排
甚至,還可以定做銅排。使用銅排來(lái)走大電流是工業(yè)上常見(jiàn)的做法,例如變壓器,服務(wù)器機柜等應用都是用銅排來(lái)走大電流。
附銅排載流能力表:

04、方法四:特殊工藝
另外還有一些比較特殊的PCB工藝,國內不一定能找得到加工的廠(chǎng)家。英飛凌就有一種PCB,采用3 層銅層設計,頂層和底層是信號布線(xiàn)層,中間層是厚度為1.5 mm的銅層,專(zhuān)門(mén)用于布置電源,這種PCB可以輕易做到小體積過(guò)流100 A以上。 |