¿Cómo conectar trazas grandes a pads en PCB?

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Estoy diseñando una PCB, y la corriente de 10 A-15 A está fluyendo en un rastro. Creo que una pista de 300 mil debería usarse para 1 oz de espesor de Cu. Veo que es imposible conectar dos pads con una pista de 300 mil , porque viola las reglas de diseño y también se incluyen otros pads en la traza, lo que no es deseado.

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Figura: Conexión de traza de 300 mil de ancho, entre la almohadilla y la traza de 300 mil hay una traza de 80 mil (arriba) y una de 60 mil (abajo).

Lo que pregunto es:

¿Puede esta conexión transportar la corriente que puede transportar un rastro de 300 mil? ¿Qué medidas hay que tomar?

pcb pcb-design trace

— electro103
fuente

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A menos que necesite los pines 1 y 3, le sugiero que se deshaga de ellos, o cambie el diseño para que cada uno lleve la misma señal que el pin 2. También sugeriría un "relleno de inundación" del área. Por último, considere simplemente usar la PCB para sostener algunos postes de servicio pesado y pasar el cable entre los postes. Por lo menos 18 AWG: ver powerstream.com/Wire_Size.htm

— Alan Campbell

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@Alan Campbell Este dispositivo de 3 pines es un mosfet, y todos los pines son necesarios, tal vez debería considerar separar las patas del transistor con una distancia de 2 pulgadas en lugar de 1 pulgada (estándar).

— electro103

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En ese caso, como han respondido otros: se trata de qué tan caliente se pondrá la pista. Los PCB quemados huelen horrible. Ejecutar 18 AWG (o 16) en sus líneas de potencia y retorno debería ser el truco.

— Alan Campbell

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Hay dos valores de los que debe preocuparse: caída de voltaje y disipación de energía. Ambas son simples leyes de Ohm y son funciones de la resistencia de rastreo.

La resistencia de la traza es un producto de su área de sección transversal y su longitud.

Reduzca la longitud y reduzca la resistencia. Reduzca el ancho y aumente la resistencia.

Por lo tanto, puede tener una ejecución más corta de una traza más estrecha y aún manejar la corriente.

La fórmula para calcular la resistencia de una traza es:

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

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

$\rho$ es la resistividad, que para el cobre es . $1.68×10^{-8} \Omega/m$
A es el área de la sección transversal en m²
l es la longitud del rastro en m
$\alpha$ es el coeficiente de temperatura, que para el cobre es 0.003862 a 20 ° C.
$\Delta T$ es la diferencia de temperatura de 20 ° C

Por lo tanto, para una traza de 300 mil (7,62 mm) a 1 oz, que tiene un grosor de 0,0347 mm, una sección transversal rectangular sería

0.00762 \times 0.0000347 = 0.000000264 m ²

$0.00762 \times 0.0000347 = 0.000000264m²$

Por supuesto, con el grabado y otros factores no será tan grueso, ni perfectamente rectangular, así que reduzca eso un poco, digamos por conveniencia, es 0.0000002m².

Entonces tienes una traza de 0.05m de largo (5cm). ¿Cuál es la resistencia de ese rastro a, por ejemplo, 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

$R = 0.00425\Omega$

Entonces, una vez que tenga la resistencia y conozca la corriente, puede aplicarle la Ley de Ohm simple. Digamos 15A, tu valor superior.

El voltaje caído a través de ese rastro es

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

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

La disipación de potencia será

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

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

Entonces, ahora puede calcular cuál sería la caída de voltaje y la disipación de potencia sobre sus pequeños rastros para ver si es tolerable.

También hay varios trucos que puede emplear para manejar corrientes más grandes. Uno de los más comunes (y de la vieja escuela) es dejar las huellas sin enmascarar y luego inundarlas con soldadura extra. Esto aumenta masivamente el área de la sección transversal, reduciendo así la resistencia. También puede usar electrochapado para lograr un resultado similar, aunque esto es considerablemente más difícil de hacer, especialmente en un área pequeña del tablero.

También se puede usar cables en lugar de (o tan bien) trazas.

Como comentario adicional, también debe considerar si las conexiones y los pines utilizados en sus conectores son adecuados para transportar hasta 15A.

— Majenko
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¿Un rastro aún más estrecho como 10 puede llevar 15 amperios? Hay algunas herramientas en línea que calculan el ancho de rastreo de pcb, como circuitcalculator.com/wordpress/2006/01/31/…

— electro103

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No se trata de "puede soportar la corriente", sino de "¿el voltaje a través de ese rastro caerá más de lo que quisiera, y se calentará más de lo que puedo tolerar?".

— Majenko

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Al final todo se trata de la disipación de energía que resulta en calor. Las huellas más anchas obviamente reducen la resistencia, mejoran la disipación de calor y, por lo tanto, son óptimas. Tenga en cuenta que si bien la resistencia de rastreo es una función del ancho y la longitud, la disipación de calor también lo es. Una traza dos veces más larga puede tener el doble de resistencia a la traza, pero también puede disipar aproximadamente el doble de calor. Por lo tanto, debe preocuparse sobre cuánto aumento de temperatura puede tolerar.

-> El doble de la longitud de la traza significa más calor en general, pero no más calor por unidad de longitud de la traza.

Por lo tanto, calcule cuánto aumento de temperatura puede permitirse y simplemente mantenga la longitud de las trazas finas lo más corta posible. No hay un mínimo absoluto per se.

— Rev1.0
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Creo que las dos partes del problema del calor son el calor generado por la resistencia en sí, y la capacidad de la traza de absorber el calor (es la resistencia térmica), que también puede generarse por calor desde otras áreas de la PCB. Una traza 'gorda' generará inherentemente menos calor, porque tiene menos resistencia, por lo que la corriente puede fluir con menos pérdidas.

— KyranF

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Así como la fuerza de una cadena es tan fuerte como su eslabón más débil, la capacidad de transporte actual de una traza es tan buena como su sección más delgada . Para la muestra que proporcione, es la sección de 60 mil . Aunque el cobre "extra" proporcionado por la sección más gruesa ayuda a eliminar el calor, no hace nada por la capacidad de carga actual de la traza. Por lo tanto, el número que debe usar para los cálculos debe ser 60, no 300 mil. Si la traza de 300 mil es buena para 15A, entonces la traza de la muestra sería buena solo para 15A x (60/300) = 3A .

— Guill
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-1 por varias razones, pero "la capacidad de carga actual de una traza es tan buena como su sección más delgada" no es cierta. Esta vista es demasiado simplista para el mundo real del diseño de PCB de alta corriente.

— Matt Young

@ Matt Young, estaría de acuerdo en que estoy dando una respuesta simple. Pero simple no significa que no sea cierto. Si observa las ecuaciones involucradas (I = E / R, R = k / A, A = hxw) obtendrá I = Kw / h. ¡Lo que muestra que la capacidad actual de la traza es directamente proporcional al ancho de la traza!

— Guill