Bố trí PCB cho ampere cao

Tôi đang làm một hộp phân phối điện 12V, và đây là lần đầu tiên tôi làm việc với dòng điện cao. Điều này là cho một chiếc thuyền, và ý tưởng là chạy năng lượng thấp lên bảng chuyển đổi và có dây cáp điện cao nhất càng ngắn càng tốt.

Sơ đồ đơn giản hóa:

Sơ đồ đơn giản hóa

Đầu vào trên X1-1, F1 là cầu chì hoạt động nhanh 25A, K1 là công tắc rơle và cuối cùng là đầu ra X2-1. Lý tưởng nhất là thay thế X1-1 bằng một thanh đồng được hàn vào PCB để phân phối điện cho 10 mạch bật / tắt tương tự mà tôi đang có. 250A là quá nhiều cho bất kỳ PCB nào tôi cho rằng ... :)

Dấu vết với máy tính cho biết tôi cần chiều rộng theo dõi 25,5mm. Nhưng dấu vết từ X1-1 đến F1 nhỏ hơn 10 mm và nó sẽ là một đốm xấu xí của đồng dài 10 mm và rộng 25,5mm.

Hy vọng ai đó có thể giúp tôi làm toán ở đây.

Ok, toán học của tôi từ đây giả sử là 2oz ( $70\mu m$ ) bảng, một mặt và sử dụng các bộ phận thông qua lỗ và không khí đứng yên như môi trường xung quanh:

R = \frac{ρ \times l}{w \times h} = \frac{1.7 \times 10^{- 8} \times 10 m m}{12.7 m m \times 70 μ m} = 191.23 μ Ω

$R=\frac{\rho \times l}{w \times h} = \frac{1.7 \times 10^{-8}\times 10mm}{12.7mm \times 70\mu m}=191.23\mu\Omega$

U_{t r a c e} = R I = 191.23 μ Ω \times 25 A = 4.78 m V

$U_{trace}=RI=191.23\mu\Omega\times 25A=4.78mV$

P_{t r a c e} = I U = 25 A \times 4.78 m V = 119.5 m W

$P_{trace}=IU=25A\times4.78mV=119.5mW$

Δ T = \frac{P}{S a \times h} = \frac{119.5 m W}{(1 c m \times 1.27 c m) \times 0.001 W / c m^{2} /^{\circ} C} = {94.1}^{\circ} C

$\Delta T=\frac{P}{Sa\times h}=\frac{119.5mW}{(1cm\times1.27cm)\times 0.001W/cm^2/^\circ C}=94.1^\circ C$

Dường như của tôi $10\times 12.7mm$ blob là quá nhỏ để tiêu tan sức mạnh đầy đủ. Nếu tôi sử dụng một $35\mu m$ bảng đồng và nhân đôi diện tích tôi nhận được $\Delta T$ xuống khoảng $47^\circ C$ .

Tính toán của tôi có đúng không? Nếu có, nó cũng sẽ hoạt động như nhau sau khi tôi xây dựng nó?

pcb

— rozon
nguồn

Trọng lượng đồng bạn đang thiết kế cho? Nếu bạn đang sử dụng 1 oz tiêu chuẩn, hãy lưu ý rằng có sẵn tới 2 oz đồng, và có thể tìm thấy dày hơn nhưng có thể ảnh hưởng đến thời gian và chi phí.

— Photon

Bạn đang giả định độ dày đồng nào? Các thiết kế hiện tại sử dụng các lớp đồng 2oz (70 um) hoặc thậm chí 3oz (105 um). Đây không phải là một dự án cho dịch vụ nguyên mẫu 1oz (35 um) rẻ tiền. Ngoài ra, tại sao lại sử dụng PCB? Và tại sao bạn lại phân phối nhiều năng lượng ở điện áp thấp như vậy?

— Dave Tweed

@Dave, tôi đã thêm câu trả lời cho hầu hết các bình luận của bạn trong bài viết. Tôi muốn sử dụng PCB vì có những phần khác của mạch không hiển thị trên hình và không liên quan đến câu hỏi. Chúng có thể được giải quyết bằng dây và thanh, nhưng sẽ sạch hơn khi sử dụng PCB. Dịch vụ PCB của tôi có thể cung cấp bất cứ điều gì tôi muốn (hoặc có thể đủ khả năng). :)

— rozon

Trường hợp 0,001 W / (cm ^ 2 C) đến từ đâu? Xoay quanh đó là 1000 C / W cho 1 cm ^ 2 hoặc 155 C / W cho khu vực 1 trong ^ 2 (chỉ để đặt nó trong các đơn vị tôi quen thuộc hơn). Điều đó tệ hơn nhiều so với các giá trị thông thường được sử dụng để tính toán tản nhiệt cho các bộ phận lắp trên bề mặt. Giả sử không khí tĩnh có thể giết chết bạn --- đối lưu (chuyển động không khí do chính nguồn nhiệt của bạn tạo ra) nên được coi là yếu tố chính gây ra dòng nhiệt.

— Photon

@Photon: Tôi đã nhận được nó từ ghi chú của ứng dụng này: ti.com/lit/ml/slup230/slup230.pdf

— rozon

Câu trả lời:

Nếu F1 và K1 đi qua các phần lỗ, bạn có thể đặt hai rãnh song song, một rãnh ở mỗi bên của bảng. Mỗi rãnh sẽ rộng khoảng 10 - 15 mm.

Một tùy chọn khác, Đừng vẽ kết nối dưới dạng bản nhạc mà là đa giác hoặc điền. Hầu hết dòng điện vẫn sẽ theo sát con đường ngắn nhất, nhưng khu vực được thêm vào sẽ giúp tản nhiệt.

Ngoài ra, hãy lưu ý rằng đối với các khoảng cách ngắn như vậy, sự đông đúc hiện tại để đến các chân riêng lẻ của các thành phần của bạn có thể chi phối điện trở chung của kết nối. Sử dụng các lỗ lớn hơn (yêu cầu các thành phần có khách hàng tiềm năng lớn hơn) sẽ giúp ích cho việc này.

Biên tập

Đầu tiên, tôi không chắc nó hoạt động như thế nào, nhưng bảng khuếch đại này tuyên bố dấu vết 0,25 inch bằng đồng 2 oz là đủ để mang 24,5 A với nhiệt độ tăng 30 C. Đây là khoảng 1/4 số lượng bạn sắp có (25 mm). Thật không may, nguồn không rõ ràng về những giả định đã đi vào tính toán của họ.

Thứ hai, toán học bạn thêm vào trong bản chỉnh sửa của bạn trông ổn.

Như bạn thấy, tăng diện tích đồng cho phép bạn tản nhiệt nhiều hơn. Không có lý do gì bạn chỉ nên tăng diện tích bằng cách tăng chiều rộng theo dõi. Bạn có thể chỉ cần tạo một khu vực đồng lớn với bất kỳ hình dạng nào thuận tiện khi càng gần một hình vuông hoặc hình tròn đơn giản thì càng tốt), miễn là nó kết nối đầu vào và đầu ra của bạn, và nhiệt sẽ lan tỏa dễ dàng để cho phép tản ra toàn bộ khu vực ( với, tất nhiên, một số nồng độ trong khu vực nơi nhiệt thực sự được tạo ra).

Thứ ba, không có mặt sau của tính toán đường bao có khả năng đặc biệt chính xác cho các loại ước tính nhiệt này. Nếu bạn thực sự muốn có được một ước tính tốt, bạn nên xem xét một công cụ phân tích nhiệt như FloTherm hoặc Ansys IcePak. Các công cụ này sẽ vừa cải thiện khả năng ước tính chính xác các hiệu ứng đối lưu, vừa tính đến "hiệu ứng cạnh" phát huy tác dụng vì "chiều dài theo dõi" của bạn ngắn hơn nhiều so với "chiều rộng theo dõi" của bạn.

— Photon
nguồn

Đúng! Nhưng nó sẽ đòi hỏi một số vias để truyền nhiệt đầy đủ và nó sẽ làm phức tạp các tính toán. Nhưng bạn đã đúng, đây là một cách khá khéo léo để có được những con số có lợi cho bạn. Tôi miễn cưỡng sử dụng bảng hai mặt cho dự án này mặc dù.

— rozon

Đã tìm thấy một biểu đồ khuếch đại khác cho biết bạn cần theo dõi PWB chỉ với khoảng 700 triệu ^ 2 diện tích mặt cắt ngang (khoảng 1/2 những gì bạn đề xuất) để mang 25 A với nhiệt độ tăng dưới 30 C. vô tận

— Photon

Tôi thực sự coi trọng việc làm toán, ngay cả ở mặt sau của một phong bì, khi tôi tìm hiểu những lý do đằng sau các mô phỏng và có thể dự đoán một điểm khởi đầu tốt hơn. Cuối cùng, tôi có thể sẽ thực hiện các tính toán cho hình vuông cần thiết cho đồng 1oz và có thể sử dụng 2oz cho bảng sản xuất. An toàn tốt hơn xin lỗi ...

— rozon

Một lựa chọn khác mà bạn có là để lại các dấu vết được phát hiện với sellermask.

Sau đó, bạn có thể tăng độ dày của dấu vết một cách hiệu quả bằng cách hàn khi bạn lắp ráp bảng.

_{Dấu vết hoàn toàn trần}

Một cách khác là để mặt nạ hàn ra khỏi dấu vết, và sau đó hàn thêm dây đồng xuống chúng trong quá trình lắp ráp. Bản thân tôi đã làm điều này với solderwick.

— Sói Connor
nguồn

Hãy nhớ rằng điện trở suất của hàn là khoảng 10 lần so với đồng, do đó, việc xây dựng chỉ bằng hàn không hiệu quả như bạn nghĩ. Dây đồng hoặc solderwick là một ý tưởng tốt hơn nhiều.

— Dave Tweed

Nhược điểm khác của việc sử dụng hàn như một chất dẫn bổ sung là nó, theo thiết kế, có điểm nóng chảy thấp. Nếu bạn gặp phải các vấn đề về nhiệt do quá dòng hoặc dưới thiết kế, việc hàn dây dẫn làm tan chảy bảng của bạn sẽ khiến bạn nhanh chóng chạy trốn (hàn nóng chảy, diện tích mặt cắt đi xuống, nhiệt độ tăng lên hơn, nóng chảy hơn .. .). Dòng điện thực sự cao là tốt nhất để lại các cấu trúc thanh bus nhiều lớp (đối với chuyển mạch tần số cao) hoặc nối dây tới điểm (đối với rơle và cầu chì thông thường).

— HikeOnPast

Những bức tranh đẹp. Tôi cảm thấy mạnh mẽ khi làm toán, và thêm chất hàn vào dấu vết là rất khó để đoán.

— rozon

Rất nhiều thứ này phụ thuộc vào khối lượng ván bạn đang làm. Nếu bạn chỉ làm một hoặc hai bảng, hàn dây bổ sung trên đầu dấu vết là một chi phí hợp lý. Mặt khác, nếu bạn đang làm điều này trong sản xuất, thực sự là lựa chọn duy nhất ngoài đồng nặng hơn là chảy hàn vào dấu vết.

— Sói Connor

Dù sao, kỹ thuật hàn phủ các dấu vết có thể giúp bạn có được độ tương đương với 1 oz hoặc 1/2 oz độ dày đồng hiệu quả khác. Nếu bạn có bảng đồng 1 oz và bạn thực sự cần 4 oz, bạn đã bị nhồi. Tuy nhiên, nếu bạn đang ở ngay rìa của những gì có thể đạt được với 1 oz đồng, thì đó là một cách rẻ tiền để cải thiện hiệu suất của bảng.

— Sói Connor