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小小PCB,如何承受100A电流?

菜鸟
2022-06-01 16:30:12     打赏

造物头图动态.gif

通常的PCB设计电流都不会超过10A,甚至5A。尤其是在家用、消费级电子中,通常PCB上持续的工作电流不会超过2A。但是最近要给公司的产品设计动力走线,持续电流能达到80A左右,考虑瞬时电流以及为整个系统留下余量,动力走线的持续电流应该能够承受100A以上。

那么问题就来了,怎么样的PCB才能承受住100 A的电流?


方法一:PCB上走线


要弄清楚PCB的过流能力,我们首先从PCB结构下手。


以双层PCB为例,这种电路板通常是三层式结构:铜皮、板材、铜皮。


铜皮也就是PCB中电流、信号要通过的路径。

根据中学物理知识可以知道一个物体的电阻与材料、横截面积、长度有关。


微信图片_20220427143019.jpg 

由于我们的电流是在铜皮上走,所以电阻率是固定的。横截面积可以看作铜皮的厚度,也就是PCB加工选项中的铜厚。

通常铜厚以OZ来表示,1OZ的铜厚换算过来就是35 um,2OZ是70um,依此类推。

那么可以很轻易地得出结论:在PCB上要通过大电流时,布线就要又短又粗,同时PCB的铜厚越厚越好。

实际在工程上,对于布线的长度没有一个严格的标准。工程上通常会用:铜厚/温升/线径,这三个指标来衡量PCB板的载流能力。
以下两个表可以参考:

微信图片_20220427143047.jpg 

从表中可以大约知道1OZ铜厚的电路板,在10℃温升时,100mil (2.5mm) 宽度的导线能够通过4.5A的电流。


并且,随着宽度的增加,PCB载流能力并不是严格按照线性增加,而是增加幅度慢慢减小,这也是和实际工程里的情况一致。


如果提高温升,导线的载流能力也能够得到提高。

通过这两个表,能得到的PCB布线经验是:增加铜厚、加宽线径、提高PCB散热能够增强PCB的载流能力。


那么如果要走100A的电流,可以选择4OZ的铜厚,走线宽度设置为15mm,双面走线,并且增加散热装置,降低PCB的温升,提高稳定性。


方法二:接线柱线柱


除了在PCB上走线之外,还可以采用接线柱的方式走线。


微信图片_20220427143032.png 

在PCB上或产品外壳上固定几个能够耐受100A的接线柱如:表贴螺母、PCB接线端子、铜柱等。


然后采用铜鼻子等接线端子将能承受100A的导线接到接线柱上。


这样大电流就可以通过导线来走。


方法三:定做铜排


甚至,还可以定做铜排。


使用铜排来走大电流是工业上常见的做法,例如变压器,服务器机柜等应用都是用铜排来走大电流。

附铜排载流能力表:


微信图片_20220427143101.png 


方法四:特殊工艺

另外还有一些比较特殊的PCB工艺,国内不一定能找得到加工的厂家。


例如英飞凌就有一种PCB,采用3层铜层设计,顶层和底层是信号布线层,中间层是厚度为1.5mm的铜层,专门用于布置电源,这种PCB可以轻易做到小体积过流100A以上。




高工
2022-06-01 16:46:45     打赏
2楼

感谢楼主的分享,很实用了。


院士
2022-06-01 20:57:31     打赏
3楼

在铜皮上镀银或镀金,提高供电的能力怎么样?这样不会增加较多的体积或重量。收藏了。


专家
2022-06-01 22:10:04     打赏
4楼

看看


专家
2022-06-02 01:31:36     打赏
5楼

感谢楼主的分享,很实用了。


专家
2022-06-02 05:51:34     打赏
6楼

感谢分享


专家
2022-06-02 06:14:09     打赏
7楼

感谢楼主的分享


高工
2022-06-02 06:39:43     打赏
8楼

谢谢分享


专家
2022-06-02 06:46:26     打赏
9楼

谢谢分享


专家
2022-06-02 07:02:23     打赏
10楼

值得学习。以往不需要大电流,所以都不会太注意PCB走线宽度之类


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