Melacak perhitungan lebar dan jarak bebas

Apa matematika di balik jejak dan perhitungan izin? Saya merancang PCB, yang akan membawa 12V dan 6A, apa yang harus menjadi lebar jejak dan jarak jejak?

Demikian pula, apa yang seharusnya untuk 12V 3A, dan 5V 3A. Apakah ada aturan umum, yang dengannya kita bisa menentukan jejak lebar dan jarak bebas?

Itu sebenarnya dua pertanyaan terpisah. Tegangan rangkaianlah yang menentukan persyaratan clearance, sedangkan level saat ini menentukan persyaratan lebar (dan ketebalan).

Jejak Lebar

Berurusan dengan yang terakhir pertama, itu lebar dan ketebalan jejak tembaga pada PCB yang menentukan luas penampang, dengan cara yang sama seperti diameter untuk kawat biasa. Area penampang menentukan resistansi per satuan panjang, pada titik mana, terserah Anda untuk memutuskan dua hal:

• Berapa besar penurunan tegangan (ΔV = I × R) yang dapat Anda toleransi dari satu ujung jejak ke ujung lainnya?

• Berapa banyak pemanasan jejak (Power = I ² R) yang bisa Anda toleransi?

Salah satunya akan menjadi faktor pembatas untuk setiap jejak.

Misalnya, Anda mungkin memiliki "1 ons." tembaga pada PCB Anda. Ini adalah notasi singkat untuk "1 ons tembaga per kaki persegi", yang diterjemahkan menjadi ketebalan 1,38 mil, atau 0,035 mm. Jejak yang 10 mil (0,254 mm) lebar, kemudian, memiliki luas penampang 13,8 mil ² yang kira-kira setara dengan kawat AWG38. Ini akan memiliki resistensi sekitar 0,75 Ω / kaki. dan kapasitas saat ini ada di urutan 10s mA.

Untuk menangani arus yang lebih tinggi, Anda dapat memilih "2 oz." tembaga (tebal 0,070 mm) dan gunakan jejak yang, katakanlah, 100 mils (2,54 mm) lebar. Ini memberi Anda luas penampang 276 mil ² yang kira-kira setara dengan kawat AWG24.

Perhatikan bahwa karena jejak pada PCB sangat rata dan lebar, mereka sebenarnya jauh lebih baik dalam membuang panas ke lingkungan daripada kawat melingkar setara. Jadi sejauh saya ² R kerugian yang bersangkutan, Anda dapat menempatkan lebih banyak arus melalui jejak PCB - tetapi Anda masih perlu memperhatikan kenaikan suhu dan manajemen termal terkait.

Izin

Jarak yang diperlukan antara konduktor ditentukan oleh perbedaan tegangan antara mereka dan jumlah arus bocor yang dapat Anda toleransi. Arus bocor terutama terkait dengan kontaminasi permukaan PCB (misalnya, fluks residu, serta akumulasi debu, kelembaban, dll.).

Satu pedoman berasal dari layanan pengujian keamanan seperti UL, yang membutuhkan jarak rambat 5mm per kilovolt untuk sirkuit yang seharusnya "terisolasi" satu sama lain (kelompok bahan I, tingkat polusi 2 dari UL840 ).

Jelas, pedoman ini memberikan nilai yang sangat kecil untuk voltase rendah (0,05 mm atau 0,002 in. Pada 10 V), sehingga faktor pembatas sebenarnya menjadi garis / lebar ruang yang mampu dimiliki oleh rumah fab PCB Anda.

Selain jawaban sempurna Dave, Anda mungkin ingin melihat standar IPC-2152, yang mendefinisikan "Standar untuk Menentukan Kapasitas Pembawa Arus dalam Desain Papan Cetak".

Standar industri tunggal untuk menentukan ukuran konduktor internal dan eksternal yang sesuai pada papan tercetak sebagai fungsi dari daya dukung saat ini yang diperlukan dan kenaikan suhu konduktor yang dapat diterima. Dokumen ini memberikan panduan tentang bagaimana konduktivitas termal, vias, bidang tembaga, disipasi daya dan bahan papan tercetak dan ketebalan semua faktor ke dalam hubungan antara arus, ukuran konduktor, dan suhu. 97 halaman. Dirilis Agustus 2009.

Itu bisa didapat di sini.

Tetapi ada kalkulator praktis yang tersedia seperti toolkit Saturn PCB