Can I use 100A current on the PCB? High current path setting skills
Time:2022-01-22
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通常的PCB設(shè)計(jì)電流都不會(huì)超過(guò)10 A，甚至5 A。尤其是在家用、消費(fèi)級(jí)電子中，通常PCB上持續(xù)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(shè)計(jì)動(dòng)力走線(xiàn)，持續(xù)電流能達(dá)到80 A左右，考慮瞬時(shí)電流以及為整個(gè)系統(tǒng)留下余量，動(dòng)力走線(xiàn)的持續(xù)電流應(yīng)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(jié)構(gòu)下手。以雙層PCB為例，這種電路板通常是三層式結(jié)構(gòu)：銅皮、板材、銅皮。銅皮也就是PCB中電流、信號(hào)要通過(guò)的路徑。根據(jù)中學(xué)物理知識(shí)可以知道一個(gè)物體的電阻與材料、橫截面積、長(zhǎng)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(xiàng)中的銅厚。通常銅厚以O(shè)Z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(jié)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(duì)于布線(xiàn)的長(zhǎng)度沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。工程上通常會(huì)用：銅厚/溫升/線(xiàn)徑，這三個(gè)指標(biāo)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(dǎo)線(xiàn)能夠通過(guò)4.5 A的電流。并且隨著寬度的增加，PCB載流能力并不是嚴(yán)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(dǎo)線(xiàn)的載流能力也能夠得到提高。
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(shè)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(wěn)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)。
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(jī)柜等應(yīng)用都是用銅排來(lái)走大電流。
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(dǎo)線(xiàn)能夠通過(guò)4.5 A的電流。并且隨著寬度的增加，PCB載流能力并不是嚴(yán)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(dǎo)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(yàn)是：增加銅厚、加寬線(xiàn)徑、提高PCB散熱能夠增強(qiáng)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(shè)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(wěn)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(dǎo)線(xiàn)接到接線(xiàn)柱上。這樣大電流就可以通過(guò)導(dǎo)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(jī)柜等應(yīng)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(guó)內(nèi)不一定能找得到加工的廠家。英飛凌就有一種PCB，采用3 層銅層設(shè)計(jì)，頂層和底層是信號(hào)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。
04、方法四：特殊工藝
另外還有一些比較特殊的PCB工藝，國(guó)內(nèi)不一定能找得到加工的廠家。英飛凌就有一種PCB，采用3 層銅層設(shè)計(jì)，頂層和底層是信號(hào)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。
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