PCB设计中线路宽度与电流的关系

图案宽度1mm =容许电流定律1A

通常在铜箔厚度为35μm的板上设计图案宽度为1 mm =允许电流为1A。
这是在“一般环境”中操作“正常”电路的标准。
我将讨论图案宽度和允许电流，以便可以更准确地设计图案。

模式的允许电流是多少？

容易想像，当将大电流施加到狭窄的图形时，图形会烧坏。
当然，必须避免这种情况，但是在设计电路板时，必须牢记“玻璃化转变点”的温度。
玻璃化转变温度是固体变软的温度。
典型的FR-4印刷电路板的玻璃化转变温度为120°C至140°C，并且在操作过程中基本上不允许超过该温度。
即使电流流过图案，也必须将图案宽度设计为不超过玻璃化转变点。
不可能轻松地计算，因此最好参考模拟软件，但是最后，除非您评估并实际测量，否则您将不知道确切的值。

考虑使用环境

考虑图案宽度时，环境温度也很重要。
足够允许室内最高温度为40°C，但是将电子电路放在密封的外壳中时，必须考虑由于自热导致的外壳内部温度升高。
另外，对于可能放置在车内的物品，例如由于直射阳光而变热的物品，必须允许一定的温度升高。
如果壳体内部的温度为85°C（*），玻璃化转变温度为125°C，则仅允许温度升高40°C，因此可能需要加宽图案宽度。
*尽管这只是一个奇怪的现象，但由于出口限制，许多IC不能保证温度高于85°C，因此在设计环境温度高于85°C的电路时，必须格外小心。

考虑周围的模式

如果许多具有大电流的模式并行运行，则中心附近的温度自然会升高。
相反，夹在固体GND和具有固体层的多层基板之间的图案容易散热，并且可以抑制图案的温度升高。
这种周围艺术品的状态也受到很大影响，因此有必要加以考虑。

考虑电路操作

即使对图案施加电流，电路板的温度上升也是相对缓慢的，因此电流基本上是时间平均值。
由于瞬时电流（例如电涌和浪涌电流）引起的温升很小，因此应将其视为平均值。
（当然，不能用浪涌或冲击电流来切断图形，因此一定的图形宽度是必要的。）
而且，如果频率较高，则PWM和闪烁也可以视为平均电流。
另一方面，考虑连续驱动布线的峰值电流而不是时间平均。

考虑热敏感零件

到目前为止，我们已经将玻璃化转变点作为标准进行了讨论，但是如果有热敏部件，则必须充分考虑。
一个众所周知的例子是LED。
LED是易受热量影响的典型组件，如果长时间暴露在高温下会失效。
因此，提出了通过使大电流流过的LED的配线变厚并设置散热图案来抑制温度上升的对策。

考虑图案中的电压降
尽管在通常的设计中通常不考虑，但在印刷电路板布线中也会出现电压降。
该范围不受一般电路的影响，但可能会受到测量弱电压的电路（例如电流测量电路）的影响。
即使您绘制了较粗的图案，铜箔的厚度也只有几十微米，因此其横截面积是已知的。
电压降可能比您想象的要大，因此建议您在有相应电路的情况下计算一次。
由于图案的铜箔几乎是纯铜，因此可以直接使用铜的电阻率。

如果无法绘制粗线怎么办

由于部件形状和电路板尺寸的限制，不一定总是可以绘制粗线图案。
在这种情况下，请考虑以下方法：
■更换
较厚的铜基板标准的铜箔厚度为35μm，但是通过选择较厚的铜箔，可以增加相同图案宽度的允许电流。
铜箔的厚度通常为70μm和105μm。
■增加
板上的层数如果无法在双面板上绘制图案，则可以通过更改为4层板来确保布线空间。
内层通常专用于GND和电源，但是即使信号线穿过内层也没有问题。
■使用跨接线
设计电路板时，我们不可避免地会着重于用艺术品绘制所有图案，但是最好将跨接线用于一两行。可能很快。

*以下是一种特殊方法，因此使用时请仔细考虑。
■有时无法绘制一条粗线可以使线路加倍，绘制两条细线。（一个在前面，一个在后面）但是有一些要考虑的地方：
首先，在诸如高频电路之类的敏感电路中避免使用此方法是安全的。
由于该图案表现为电阻，电容和电感，因此可能会在高频电路中产生意想不到的情况，因为这影响很大。
而且，两条线尽可能具有相同的宽度和长度也没有意义。
由于电流试图在电阻值较小的路径中流动，因此，如果只有一根布线的电阻值较小，那么电流将仅在该布线中流动。
必须注意确保电阻值尽可能均匀，以使电流均匀流动。
■部分细化
仅将不能绘制粗的部分细化通常是没有问题的。
线路产生的热量由线路的电阻值和电流值确定。
即使将非常短的距离用作细线路，由于其对整个线路的电阻值几乎没有影响，因此产生的热量也很小。
另外，即使小部分的线路局部产生热量，也会将热量散到周围的厚线路上。