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小小PCB,如何承受100A电流?
0 G7 \6 c! Y# n$ }+ n* k3 o通常的PCB设计电流都不会超过10A,甚至5A。尤其是在家用、消费级电子中,通常PCB上持续的工作电流不会超过2A。但是最近要给公司的产品设计动力走线,持续电流能达到80A左右,考虑瞬时电流以及为整个系统留下余量,动力走线的持续电流应该能够承受100A以上。
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U: |* Q5 \0 d) C那么问题就来了,怎么样的PCB才能承受住100 A的电流? % E2 q' J i9 r3 B# H: h
方法一:PCB上走线
5 k' _1 T, ]% ]/ @要弄清楚PCB的过流能力,我们首先从PCB结构下手。 9 n3 a9 l; a# ~9 F7 T. C
以双层PCB为例,这种电路板通常是三层式结构:铜皮、板材、铜皮。 0 b/ d$ s" t6 q3 x9 @* m
铜皮也就是PCB中电流、信号要通过的路径。 根据中学物理知识可以知道一个物体的电阻与材料、横截面积、长度有关。
C$ [3 c, P3 X: g$ H# I8 j由于我们的电流是在铜皮上走,所以电阻率是固定的。横截面积可以看作铜皮的厚度,也就是PCB加工选项中的铜厚。2 f) y- B8 J6 p9 }/ w
通常铜厚以OZ来表示,1OZ的铜厚换算过来就是35 um,2OZ是70um,依此类推。 那么可以很轻易地得出结论:在PCB上要通过大电流时,布线就要又短又粗,同时PCB的铜厚越厚越好。
. P7 p# n: }7 f4 W 实际在工程上,对于布线的长度没有一个严格的标准。工程上通常会用:铜厚/温升/线径,这三个指标来衡量PCB板的载流能力。( c1 `+ j0 ?! @8 k9 S6 A$ ?) [1 F
以下两个表可以参考: 从表中可以大约知道1OZ铜厚的电路板,在10℃温升时,100mil (2.5mm) 宽度的导线能够通过4.5A的电流。 2 C+ }' n) E; {6 i
并且,随着宽度的增加,PCB载流能力并不是严格按照线性增加,而是增加幅度慢慢减小,这也是和实际工程里的情况一致。
& a, G& |! b a1 ^) i4 a* ^6 b& h: ?如果提高温升,导线的载流能力也能够得到提高。: L2 ^+ r6 @: U: K; m7 U3 P$ I
通过这两个表,能得到的PCB布线经验是:增加铜厚、加宽线径、提高PCB散热能够增强PCB的载流能力。 ! @9 N$ E: N. G
那么如果要走100A的电流,可以选择4OZ的铜厚,走线宽度设置为15mm,双面走线,并且增加散热装置,降低PCB的温升,提高稳定性。 / _$ g2 w9 p/ P
方法二:接线柱线柱 * {( Y, {- l! o' X8 x# Y3 d, g
除了在PCB上走线之外,还可以采用接线柱的方式走线。
9 H( B2 h9 _, T4 u# Y- |" g Q在PCB上或产品外壳上固定几个能够耐受100A的接线柱如:表贴螺母、PCB接线端子、铜柱等。
1 g/ j& p4 n: D- h. Y3 B然后采用铜鼻子等接线端子将能承受100A的导线接到接线柱上。
2 ~. g) }% w D这样大电流就可以通过导线来走。 , I9 i# u5 \1 S, T
方法三:定做铜排
1 H- a' W ?8 o, M2 ]2 N甚至,还可以定做铜排。 3 C( L. b5 G+ |/ v3 z0 v- f
使用铜排来走大电流是工业上常见的做法,例如变压器,服务器机柜等应用都是用铜排来走大电流。
" |) _) q+ m$ A- m3 w 附铜排载流能力表: 8 y0 q r5 q" H1 S. V4 D
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方法四:特殊工艺 另外还有一些比较特殊的PCB工艺,国内不一定能找得到加工的厂家。 # Y% ]6 a8 `& D! a5 T; s8 B8 F5 I0 ?
例如英飞凌就有一种PCB,采用3层铜层设计,顶层和底层是信号布线层,中间层是厚度为1.5mm的铜层,专门用于布置电源,这种PCB可以轻易做到小体积过流100A以上。
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