トレース幅とクリアランスの計算


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トレースとクリアランス計算の背後にある数学は何ですか?12Vと6Aを伝送するPCBを設計していますが、トレース幅とトレースクリアランスはどのようにする必要がありますか?

同様に、12V 3Aおよび5V 3Aの場合はどうなりますか。トレースの幅とクリアランスを決定できる一般的な経験則はありますか?


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あなたはを見てみたいことがありIPC-2221A標準それはトレース幅とクリアランス距離を含むPCB設計に関する推奨事項がたくさんあります。PCB幅の良い記事もここにあります:ultracad.comからのPCBトレースの温度上昇
Warren Hill

回答:


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それは実際には2つの別々の質問です。クリアランス要件を決定するのは回路電圧ですが、電流レベルは幅(および厚さ)要件を決定します。

トレース幅

最初に後者を扱うと、通常のワイヤの直径と同じように、断面積を決定するのはPCB上の銅トレースの幅と厚さです。断面積によって単位長さあたりの抵抗が決まります。その時点で、次の2つのことを決定します。

  • トレースの一端から他端まで、どのくらいの電圧降下(ΔV= I×R)を許容できますか?

  • トレースの加熱(電力= I 2 R)はどの程度許容できますか?

これらのいずれかが各トレースの制限要因になります。

たとえば、「1オンス」とします。PCB上の銅。これは、「1オンスあたり1オンスの銅」の略記法であり、厚さは1.38ミル、つまり0.035 mmになります。したがって、幅が10ミル(0.254 mm)のトレースの断面積は13.8ミル2で、これはAWG38ワイヤとほぼ同じです。抵抗は約0.75Ω/ ftになります。電流容量は数十mA程度です。

より高い電流を処理するには、「2 oz」を選択します。銅(厚さ0.070 mm)で、幅が100ミル(2.54 mm)のトレースを使用します。これにより、断面積が276 mil 2になり、AWG24ワイヤとほぼ同じになります。

PCB上のトレースは非常にフラットで幅が広いので、実際の環境の熱を取り除くのは、同等の円形ワイヤーよりもはるかに優れています。したがって、I 2 R損失に関する限り、PCBトレースを介してより多くの電流を流すことができますが、温度上昇と関連する熱管理に注意を払う必要があります。

クリアランス

導体間に必要な間隔は、導体間の電圧差と許容できる漏れ電流の量によって決まります。漏れ電流は、主にPCBの表面汚染に関連しています(たとえば、残留フラックス、ほこり、湿気などの蓄積)。

ガイドラインの1つは、ULなどの安全テストサービスからのものです。ULは、互いに「絶縁」されているはずの回路(材料グループI、UL840の汚染度2 )に対して、キロボルトあたり5mmの沿面距離を必要とします。

明らかに、このガイドラインは低電圧(10 mmで0.05 mmまたは0.002インチ)に対して非常に小さな値を与えるため、制限要因は実際にPCBファブハウスが可能なライン/スペースの幅になります。


サイドノート:はんだで構築された大電流トレースの一部を含むボードが表示されることがあります。これはあなたが思っているよりも効果的ではありません。はんだの抵抗率は銅の約10倍です。これは、はんだを銅の厚さの10倍にする必要があることを意味します(トレースの全幅に対して、1オンスの銅の上に0.35 mm)抵抗を半分にするだけです。
Dave Tweed 2017年

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Daveの優れた回答に加えて、「プリント基板設計における電流容量を決定するための標準」を定義するIPC-2152標準を参照することをお勧めします。

必要な電流容量と許容導体温度上昇の関数として、プリント基板上の適切な内部および外部導体サイズを決定するための唯一の業界標準。このドキュメントでは、熱伝導率、ビア、銅プレーン、電力損失、プリント基板の材料と厚さがすべて、電流、導体サイズ、および温度の関係にどのように影響するかについてのガイダンスを提供します。97ページ。2009年8月リリース。

こちらで入手できます。

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