PCB走線寬度與過(guò)流能力知多少？

今天聊個(gè)簡(jiǎn)單的事情：我們PCB走線，線寬與允許通過(guò)電流的大小是什么樣的？

我估計(jì)很多人會(huì)說(shuō)：40mil/1mm線寬能過(guò)1A的電流。

我們按照這個(gè)去設(shè)計(jì)，一般來(lái)說(shuō)是沒(méi)問(wèn)題的，其實(shí)我自己也經(jīng)常用按照這個(gè)原則去評(píng)估。但是，有時(shí)候空間實(shí)在有限，走不了對(duì)應(yīng)的線寬，那怎么辦呢？

幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題

除了上面的問(wèn)題，我們可能還會(huì)想到或者遇到下面的幾個(gè)問(wèn)題：

1、1mm線寬走1A電流，裕量到底有多足？

2、1mm走線寬度對(duì)應(yīng)1A電流，5mm就對(duì)應(yīng)5A電流嗎？

3、過(guò)流能力1mm對(duì)應(yīng)1A，1A指的是電流的平均值/有效值不能超過(guò)，還是瞬間值也不能超過(guò)？

以上這些問(wèn)題，有些兄弟可能也會(huì)有，但是可能沒(méi)有深究。

IPC-2152

網(wǎng)上查了下，PCB走線過(guò)流能力評(píng)估的文章或者視頻，基本是基于IPC標(biāo)準(zhǔn)里面的《Standard for Determining Current Carrying Capacity inPrinted Board Design》，翻譯過(guò)來(lái)就是《印刷板設(shè)計(jì)中電流承載能力的確定標(biāo)準(zhǔn)》。不過(guò)需要了解的是，這個(gè)文件標(biāo)準(zhǔn)出了好幾個(gè)版本，目前最新的版本是IPC-2152，我們按照這個(gè)來(lái)即可。

那么這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里面有寫(xiě)明多少線寬對(duì)應(yīng)多少電流嗎？

答案是沒(méi)有，如果寫(xiě)明了就不會(huì)有上面那么多問(wèn)題。不過(guò)我們翻開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)的第一章，就能知道多少線寬過(guò)多少電流 ，其實(shí)就是看溫度。

既然知道了主要具體能過(guò)多大電流主要還是評(píng)估溫升，那么就算不看標(biāo)準(zhǔn)，也會(huì)大概知道有這幾個(gè)點(diǎn)會(huì)影響過(guò)流。

1、允許的溫升：如果能夠允許的銅線升高的溫度越高，那么允許通過(guò)的電流自然也就越高

2、走線的線寬：線越寬 ，導(dǎo)線橫截面積越大，電阻越小，發(fā)熱越小，自然溫升越小，那么過(guò)流更大

3、走線的銅厚：銅厚越厚 ，導(dǎo)線橫截面積越大，電阻越小，發(fā)熱越小，自然溫升越小，那么過(guò)流更大。

4、走線到銅平面的距離：比如4層板，表層走線下面會(huì)有地銅層或者是電源層，這也會(huì)影響散熱，距離不同，導(dǎo)熱快慢自然有差異，過(guò)流能力也會(huì)有差異。

除了上面的因素，其實(shí)還有很多因素，影響大小不一，比如板材材料，是否有綠油，板子厚度等等。

我們看下IPC-2152標(biāo)準(zhǔn)里面舉的例子

按照上面的步驟，可以知道5A電流，合適導(dǎo)體寬度是0.3英寸，也就是25.4*0.3=7.62mm寬度，這跟我們通常說(shuō)的1mm過(guò)1A電流，5mm過(guò)5A電流是有出入的。并且按照1mm過(guò)1A這個(gè)規(guī)則來(lái)，是有些不夠的。

不過(guò)，從曲線上面我們也可以看出，如果電流是1A，那么對(duì)應(yīng)的橫截面積是40Sq-mils，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線寬度（假設(shè)銅厚還是1盎司）是0.023英寸，也就是0.023*25.4=0.58mm。這樣看，1mm過(guò)1A電流又很充足。

那為什么會(huì)這樣呢？這是因?yàn)?，溫升跟線寬并不是完全線性的關(guān)系，這個(gè)我們需要注意。

還有一個(gè)問(wèn)題，如果實(shí)際電路設(shè)計(jì)中低于上面的值，就一定有問(wèn)題嗎？

當(dāng)然不是，上面只是導(dǎo)線溫升10℃的情況，你就算實(shí)際走線寬度窄一點(diǎn)，溫度也只是高一點(diǎn)，比如溫升到20℃，一般也不會(huì)有什么問(wèn)題。沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)你必須將溫升控制在10℃以?xún)?nèi)，就現(xiàn)在討論的標(biāo)準(zhǔn)IPC-2152，也只是列出了不同寬度不同電流對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線的溫升，至于你做的產(chǎn)品溫升要控制到多少，這個(gè)得你自己定。不過(guò)，一般來(lái)說(shuō)我們是按照10℃來(lái)評(píng)估的。

那實(shí)際設(shè)計(jì)中，除了1mm過(guò)1A電流的規(guī)則，有沒(méi)有更實(shí)用的方法呢？

設(shè)計(jì)軟件：Saturn PCB

給兄弟們推薦個(gè)軟件：Saturn PCB（文末會(huì)附下載方法），這個(gè)軟件應(yīng)該是目前用得最多的。軟件本身功能較多，不僅僅只是用來(lái)幫助評(píng)估走線電流。不過(guò)本節(jié)我們主要說(shuō)明走線電流，那就只介紹這一部分功能。

使用的時(shí)候，首先需要設(shè)置好標(biāo)準(zhǔn)，建議選擇最新的標(biāo)準(zhǔn)：IPC-2152 with modifiers（可以點(diǎn)擊菜單tools-->Programs Options進(jìn)行設(shè)置）

下面介紹下菜單的內(nèi)容：

我們?cè)O(shè)置好紅色部分的參數(shù)，就可以知道導(dǎo)線可以通過(guò)的電流了。

下面列出常見(jiàn)的線寬對(duì)應(yīng)的電流值（條件：板厚1.6mm，溫升10℃，沒(méi)有領(lǐng)近銅層）如下表：

這個(gè)表一出，可能細(xì)心的同學(xué)又發(fā)現(xiàn)了，不對(duì)呀，前面IPC-2152里面的曲線圖，1A電流對(duì)應(yīng)線寬是0.58mm，你這表格里面1A對(duì)應(yīng)是0.375mm，要小很多，根本就對(duì)不上。

這里原因我估計(jì)是因?yàn)榘搴?，從?biāo)準(zhǔn)里面看出，板厚從1.79mm減到1.02mm，溫升會(huì)增加1.4倍，可見(jiàn)板厚影響也很大。不過(guò)標(biāo)準(zhǔn)里面的曲線，并未說(shuō)明板厚是多少，我也只是猜測(cè)。

如果我們使用Saturn PCB將板厚設(shè)置為1mm，可以看到1A對(duì)應(yīng)的線寬是0.65mm，與曲線對(duì)應(yīng)的0.58也就相差不大了。

下面就把用軟件計(jì)算的兩種板厚（1.6mm和1mm）對(duì)應(yīng)的線寬和電流重新列了個(gè)對(duì)應(yīng)表如下，僅供參考：

小結(jié)

以上就是我查閱了標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)PCB走線寬度和過(guò)流能力的理解，過(guò)流能力主要是圍繞導(dǎo)線溫升來(lái)講的。而溫升又跟銅皮厚度，板厚，是否有臨近銅層，銅層間距相關(guān)，所以說(shuō)嚴(yán)格來(lái)講，要具體情況具體分析，分析可以借助我上面的說(shuō)的Saturn PCB軟件。

資料下載：

IPC-2152標(biāo)準(zhǔn)以及Saturn PCB軟件下載方法：關(guān)注我的微信公眾號(hào)“硬件工程師煉成之路”，在后臺(tái)回復(fù)“煉成之路”，就可以下載了，放置在目錄：煉成之路-->原理圖和PCB-->線寬與電流