Al diseñar una PCB, ¿debe preocuparse por la corriente de entrada / sobretensión o solo por la corriente continua / RMS en la placa? Todo lo que he visto, incluida la documentación de IPC, es para corriente continua. ¿Se supone que si está bien desde el punto de vista de la temperatura / ancho de traza, estará bien para una corriente de entrada?
Sobrecorriente en PCB
Respuestas:
Todo depende de lo que la corriente de sobretensión pueda hacer a los otros circuitos en el tablero. El análisis de corriente continua generalmente se establece alrededor de la caída de voltaje aceptable en las trazas y la operación segura para evitar incendios o la fusión de trazas sobrecargadas. La corriente de sobretensión, por otro lado, podría ser enorme, según lo abordado por @Huisman en otra respuesta, y podría sobrevalorar los rastros. Si la duración es lo suficientemente larga, el valor de la corriente de sobretensión debería reemplazar el valor de corriente utilizado en el análisis de corriente continua.
Pero también hay otra consideración que puede ocurrir incluso si la corriente de sobretensión es del mismo orden de magnitud que la corriente continua. Esto entra en juego cuando la tasa de cambio en el flujo de corriente es realmente rápida.
[Tiempo de cuentos]
Hace muchos años estaba trabajando en un prototipo de un producto que tenía una placa de circuito de dos capas y alimentación y conexión a tierra para los paquetes DIP en la placa, tal como se muestra a continuación:
La alimentación y la puesta a tierra de este tipo eran muy comunes en los días de la placa DIP y hacían bastante conveniente colocar tapas de derivación en los dedos del bus entre cada IC DIP.
Bueno, todo iba muy bien con el desarrollo del prototipo hasta que el software llegó al punto de usar el relé. El cambio del relé resultó en que el programa del microprocesador se bloquee aproximadamente el 15% del tiempo. Una larga sesión de depuración condujo a aprender que si el comando de activación / desactivación del relé se colocaba en línea en el código, las cosas eran mucho mejores, pero cuando el comando de retransmisión estaba al final de una subrutina de la utilidad seguida de una instrucción RET (retorno), el software se bloqueaba . Esto llevó a la creación de un pequeño software de prueba que no hizo nada más que encender y apagar el relé aproximadamente 10 veces por segundo. Este programa se ejecutará y no se bloqueará en absoluto, y también permitió usar un osciloscopio para poder sondear formas de onda repetitivas y descubrir qué estaba pasando. Resultó que el consumo de corriente de la bobina del relé, que era de aproximadamente 40 mA y de magnitud similar al requisito actual de la SRAM en su modo activo, estaba causando un aumento de corriente en el bus de tierra. La velocidad rápida provocó un zumbido a nivel del suelo de alrededor de un voltio que duró lo suficiente como para corromper lo que la MCU intentaría leer de SRAM si el valor tuviera bits '0'.
En estos viejos tiempos, la MCU no tenía RAM incorporada para su almacenamiento de pila y datos y la corrupción del bus de tierra estaba causando que la dirección de retorno de la subrutina se leyera incorrectamente. La solución resultó ser agregar un condensador grande al bus de suministro justo en el relé y luego agregar un cable al diseño para interconectar los extremos derechos de los dedos del bus de tierra como se muestra en la imagen de arriba.
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Entonces, la gran lección aquí es que el análisis de la corriente de sobretensión es muy importante para cada diseño debido a efectos como los descritos en la historia o para otros efectos donde los cambios rápidos de corriente pueden acoplarse a trazas adyacentes.
La corriente de sobretensión puede ser importante. Hace más de 10 años, vi una PCB simple con algunos relés que operaban algunas bombas de 230 VCA. Las trazas de PCB se clasificaron en una tabla de Internet para 10 amperios. Las temperaturas de traza de estado estable funcionaban bien 24/7. las bombas se protegieron con un fusible de 7,5 amperios que no se fundió. El fusible original de 5 amperios no era confiable. Un día se produjo un fallo de cortocircuito en el conjunto de cableado de la bomba. Por lo tanto, las pistas tenían que ser más pesadas de lo que se pensó primero.