Wie verbinde ich große Leiterbahnen mit Pads in der Leiterplatte?

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Ich entwerfe eine Leiterplatte und 10 A-15 A Strom fließt in einer Spur. Ich denke, eine 300-Tausend-Spur sollte für 1 Unze Cu-Dicke verwendet werden. Ich sehe, dass es unmöglich ist, zwei Pads mit einer 300- Tausend- Spur zu verbinden, da dies gegen Designregeln verstößt und auch andere Pads in der Spur enthalten sind, was unerwünscht ist.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Abbildung: 300-Tausend-Spur-Verbindung, zwischen Pad und 300-Tausend-Spur gibt es eine 80-Tausend-Spur (oben) und eine 60-Tausend-Spur (unten).

Was ich frage ist:

Kann diese Verbindung den Strom führen, den eine 300-Tausend-Spur führen kann? Welche Messungen müssen durchgeführt werden?

pcb pcb-design trace

— elektro103
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Unles Sie Bedarfs - Pins 1 und 3, ich würde vorschlagen , dass Sie sie loswerden - oder das Design ändern , so dass jeder das gleiche Signal wie Stift trägt 2. Ich habe auch eine „flood fill“ des Gebiets würde vorschlagen. Zuletzt sollten Sie nur die Leiterplatte verwenden, um einige Hochleistungspfosten zu halten, und Draht zwischen den Pfosten verlegen. Mindestens 18AWG: siehe powerstream.com/Wire_Size.htm

— Alan Campbell

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@ Alan Campbell Dieses 3-Pin-Gerät ist ein Mosfet, und alle Pins sind erforderlich. Vielleicht sollte ich in Betracht ziehen, die Beine des Transistors mit einem Abstand von 2 Zoll anstelle von 1 Zoll (Standard) zu trennen.

— Electro103

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In diesem Fall, wie andere geantwortet haben: Es geht darum, wie heiß der Track wird. Verbrannte Leiterplatten riechen schrecklich. Das Ausführen von 18AWG (oder 16) auf Ihren Strom- und Rückleitungen sollte den Trick tun.

— Alan Campbell

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Es gibt zwei Werte, über die Sie sich Sorgen machen müssen: Spannungsabfall und Verlustleistung. Beide sind einfache Ohmsche Gesetze und sind Funktionen des Spurenwiderstands.

Der Spurenwiderstand ist ein Produkt seiner Querschnittsfläche und seiner Länge.

Reduzieren Sie die Länge und Sie reduzieren den Widerstand. Reduzieren Sie die Breite und erhöhen Sie den Widerstand.

So können Sie einen kürzeren Lauf einer engeren Spur haben und trotzdem mit dem Strom umgehen.

Die Formel zur Berechnung des Widerstands einer Spur lautet:

R = ρ \frac{l}{A} \cdot (1 + (α \cdot Δ T))

$R = \rho \frac{l}{A} \cdot (1 + (\alpha \cdot \Delta T))$

$\rho$ ist der spezifische Widerstand, der für Kupfer beträgt . $1.68×10^{-8} \Omega/m$
A ist die Querschnittsfläche in m²
l ist die Spurenlänge in m
$\alpha$ ist der Temperaturkoeffizient, der für Kupfer bei 20 ° C 0,003862 beträgt.
$\Delta T$ ist die Temperaturdifferenz von 20 ° C.

Für eine Spur von 300 Tausend (7,62 mm) bei 1 Unze, was einer Dicke von 0,0347 mm entspricht, wäre ein rechteckiger Querschnitt

0.00762 \times 0.0000347 = 0.000000264 m ²

$0.00762 \times 0.0000347 = 0.000000264m²$

Natürlich ist es mit Ätz- und anderen Faktoren nicht so dick oder perfekt rechteckig, also reduzieren Sie das ein wenig - sagen wir der Einfachheit halber, es ist 0,0000002 m².

Dann haben Sie eine Spur, die 0,05 m lang (5 cm) ist. Wie hoch ist der Widerstand dieser Spur bei beispielsweise 23 ° C?

R = 1.68 \times 10^{- 8} \frac{0.05}{0.0000002} \cdot (1 + (0.003862 \times 3))

$R = 1.68×10^{-8}\frac{0.05}{0.0000002} \cdot (1 + (0.003862 \times 3))$

R = 1.68 \times 10^{- 8} \times 250000 \times 1.011586

$R = 1.68×10^{-8} \times 250000 \times 1.011586$

R = 0.00425 Ω

$R = 0.00425\Omega$

Wenn Sie also den Widerstand haben und den Strom kennen, können Sie das einfache Ohmsche Gesetz darauf anwenden. Sagen Sie 15A, Ihren oberen Wert.

Die Spannung, die über diese Spur , beträgt

V = I R = 15 \times 0.00425 = 0.064 V

$V=IR = 15 \times 0.00425 = 0.064V$

Die Verlustleistung

P = I^{2} R = 15 \times 15 \times 0.00425 = 0.956 W

$P=I^2R = 15 \times 15 \times 0.00425 = 0.956W$

Jetzt können Sie berechnen, wie hoch der Spannungsabfall und die Verlustleistung über Ihren kleinen Leiterbahnen sein würden, um festzustellen, ob dies tolerierbar ist.

Es gibt auch verschiedene Tricks, mit denen Sie größere Ströme handhaben können. Eine der häufigsten (und altmodischen) Methoden besteht darin, die Spuren nicht zu maskieren und sie dann mit zusätzlichem Lot zu überfluten. Dies vergrößert massiv die Querschnittsfläche und verringert somit den Widerstand. Sie können auch galvanisch beschichten, um ein ähnliches Ergebnis zu erzielen. Dies ist jedoch erheblich schwieriger, insbesondere in einem kleinen Bereich der Platine.

Es können auch Drähte anstelle von (oder auch) Spuren verwendet werden.

Nebenbei sollten Sie auch prüfen, ob die Anschlüsse und die in Ihren Anschlüssen verwendeten Stifte für die Aufnahme von bis zu 15 A geeignet sind.

— Majenko
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Noch schmalere Spur wie 10. Sie können 15 Ampere tragen? Es gibt einige Online-Tools, die die Leiterplattenbreite

— Electro103

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Es geht nicht um "Kann es den Strom aufnehmen", sondern um "Wird die Spannung an dieser Spur stärker abfallen, als ich möchte, und wird sie sich mehr erwärmen, als ich tolerieren kann?".

— Majenko

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Am Ende dreht sich alles um die Verlustleistung, die zu Wärme führt. Breitere Spuren verringern offensichtlich den Widerstand, verbessern die Wärmeableitung und sind daher optimal. Beachten Sie, dass der Spurenwiderstand zwar eine Funktion der Breite und Länge ist, aber auch die Wärmeableitung. Eine doppelt so lange Spur kann den doppelten Spurenwiderstand haben, aber auch etwa doppelt so viel Wärme abführen. Daher müssen Sie sich hauptsächlich darum kümmern, wie viel Temperaturanstieg Sie tolerieren können.

-> Die doppelte Spurlänge bedeutet insgesamt mehr Wärme, jedoch nicht mehr Wärme pro Spurlängeneinheit.

Berechnen Sie also, wie viel Temperaturanstieg Sie sich leisten können, und halten Sie die Länge der dünnen Spuren so kurz wie möglich. Es gibt kein absolutes Minimum an sich.

— Rev1.0
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Ich denke, die beiden Teile des Wärmeproblems sind Wärme, die durch den Widerstand selbst erzeugt wird, und die Fähigkeit der Spur, Wärme abzusenken (es ist Wärmewiderstand), die auch Wärme sein kann, die aus anderen Bereichen der Leiterplatte erzeugt wird. Eine "Fett" -Spur erzeugt von Natur aus weniger Wärme, da sie einen geringeren Widerstand aufweist, sodass der Strom mit weniger Verlusten fließen kann.

— KyranF

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So wie die Stärke einer Kette nur stark ist, da sie das schwächste Glied ist, ist die Strombelastbarkeit einer Spur nur so gut wie ihr dünnster Abschnitt . Für das von Ihnen bereitgestellte Beispiel ist es der 60-Tausend-Abschnitt . Obwohl das durch den dickeren Abschnitt bereitgestellte "zusätzliche" Kupfer bei der Wärmeabfuhr hilft, wirkt es sich nicht auf die Strombelastbarkeit der Spur aus. Die Zahl, die Sie für die Berechnungen verwenden sollten, sollte also 60 und nicht 300 Tausend sein. Wenn die 300-Tausend-Spur für 15A gut ist, ist die Probenspur nur für 15A x (60/300) = 3A gut .

— Guill
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-1 aus einer Reihe von Gründen, aber "die Strombelastbarkeit einer Spur ist nur so gut wie ihr dünnster Abschnitt" ist nicht wahr. Diese Ansicht ist für die reale Welt des Hochstrom-PCB-Designs zu einfach.

— Matt Young

@ Matt Young Ich würde zustimmen, dass ich eine einfache Antwort gebe. Aber einfach heißt nicht, dass es nicht wahr ist. Wenn Sie sich die beteiligten Gleichungen ansehen (I = E / R, R = k / A, A = hxw), erhalten Sie I = Kw / h. Dies zeigt, dass die aktuelle Fähigkeit des Trace direkt proportional zur Breite des Trace ist!

— Guill