詳解PCB設(shè)計(jì)的線寬與電流控制方法
發(fā)布時(shí)間:2020-03-18 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】我們?cè)诋嫊r(shí)一般都有一個(gè)常識(shí),即走大電流的地方用粗線(比如 50mil,甚至以上),小電流的信號(hào)可以用細(xì)線(比如 10mil)。
我們?cè)诋嫊r(shí)一般都有一個(gè)常識(shí),即走大電流的地方用粗線(比如 50mil,甚至以上),小電流的信號(hào)可以用細(xì)線(比如 10mil)。
對(duì)于某些機(jī)電控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō),有時(shí)候走線里流過(guò)的瞬間電流能夠達(dá)到 100A 以上,這樣的話比較細(xì)的線就肯定會(huì)出問(wèn)題。一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)值是:10A/ 平方 mm,即橫截面積為 1 平方毫米的走線能安全通過(guò)的電流值為 10A。如果線寬太細(xì)的話,在大電流通過(guò)時(shí)走線就會(huì)燒毀。當(dāng)然電流燒毀走線也要遵循能量公式:Q=I*I*t,比如對(duì)于一個(gè)有 10A 電流的走線來(lái)說(shuō),突然出現(xiàn)一個(gè) 100A 的電流毛刺,持續(xù)時(shí)間為 us 級(jí),那么 30mil 的導(dǎo)線是肯定能夠承受住的。(這時(shí)又會(huì)出現(xiàn)另外一個(gè)問(wèn)題??導(dǎo)線的雜散電感,這個(gè)毛刺將會(huì)在這個(gè)電感的作用下產(chǎn)生很強(qiáng)的反向電動(dòng)勢(shì),從而有可能損壞其他器件。越細(xì)越長(zhǎng)的導(dǎo)線雜散電感越大,所以實(shí)際中還要綜合導(dǎo)線的長(zhǎng)度進(jìn)行考慮)
一般的繪制軟件對(duì)器件引腳的過(guò)孔焊盤鋪銅時(shí)往往有幾種選項(xiàng):直角輻條,45 度角輻條,直鋪。他們有何區(qū)別呢?新手往往不太在意,隨便選一種,美觀就行了。其實(shí)不然。主要有兩點(diǎn)考慮:一是要考慮不能散熱太快,二是要考慮過(guò)電流能力。
使用直鋪的方式特點(diǎn)是焊盤的過(guò)電流能力很強(qiáng),對(duì)于大功率回路上的器件引腳一定要使用這種方式。同時(shí)它的導(dǎo)熱性能也很強(qiáng),雖然工作起來(lái)對(duì)器件散熱有好處,但是這對(duì)于電路板焊接人員卻是個(gè)難題,因?yàn)楹副P散熱太快不容易掛錫,常常需要使用更大瓦數(shù)的烙鐵和更高的焊接溫度,降低了生產(chǎn)效率。使用直角輻條和 45 角輻條會(huì)減少引腳與銅箔的接觸面積,散熱慢,焊起來(lái)也就容易多了。所以選擇過(guò)孔焊盤鋪銅的連接方式要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合,綜合過(guò)電流能力和散熱能力一起考慮,小功率的信號(hào)線就不要使用直鋪了,而對(duì)于通過(guò)大電流的焊盤則一定要直鋪。至于直角還是 45 度角就看美觀了。
為什么提起這個(gè)來(lái)了呢?因?yàn)榍耙魂囈恢痹谘芯恳豢铍姍C(jī)驅(qū)動(dòng)器,這個(gè)驅(qū)動(dòng)器中 H 橋的器件老是燒毀,四五年了都找不到原因。在我的一番辛苦之后終于發(fā)現(xiàn):原來(lái)是功率回路中一處器件的焊盤在鋪銅時(shí)使用了直角輻條的鋪銅方式(而且由于鋪銅畫的不好,實(shí)際只出現(xiàn)了兩個(gè)輻條)。這使得整個(gè)功率回路的過(guò)電流能力大打折扣。雖然產(chǎn)品在正常使用過(guò)程沒(méi)有任何問(wèn)題,工作在 10A 電流的情況下完全正常。但是,當(dāng) H 橋出現(xiàn)短路時(shí),該回路上會(huì)出現(xiàn) 100A 左右的電流,這兩根輻條瞬時(shí)就燒斷了(uS 級(jí))。然后呢,功率回路變成了斷路,儲(chǔ)藏在電機(jī)上的能量沒(méi)有瀉放通道就通過(guò)一切可能的途徑散發(fā)出去,這股能量會(huì)燒毀測(cè)流電阻及相關(guān)的運(yùn)放器件,擊毀橋路控制芯片,并竄入數(shù)字電路部分的信號(hào)與電源中,造成整個(gè)設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p毀。整個(gè)過(guò)程就像用一根頭發(fā)絲引爆了一個(gè)大地雷一樣驚心動(dòng)魄。那么你可能要問(wèn)了,為什么在功率回路中的焊盤上只使用了兩個(gè)輻條呢?為什么不讓銅箔直鋪過(guò)去呢?因?yàn)椋呛?,生產(chǎn)部門的人員說(shuō)那樣的話這個(gè)引腳太難焊了!設(shè)計(jì)者正是聽(tīng)了生產(chǎn)人員的話,所以才。.. 唉唉,發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題可著實(shí)費(fèi)了我一番腦筋啊,哪像說(shuō)起來(lái)這么簡(jiǎn)單!苦樂(lè)自知,苦樂(lè)自知。
via 的孔如果小于 0.3mm 的話就沒(méi)有辦法使用機(jī)械鉆孔了,要使用激光鉆孔,板的生產(chǎn)加工難度增大。所以我個(gè)人的想法是如果不是非常需要 最小為 0.5mm 外 /0.3mm 內(nèi)。但是像計(jì)算機(jī)主板 、內(nèi)存條、密集的 BGA 封裝等等,有時(shí)候可能小到 14mil/8mil。我個(gè)人的想法是孔內(nèi)徑的大小 一般為線寬的 1.5 倍,當(dāng)然特殊的加粗的線(例如電源等)不需要這樣。
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