Что такое калькулятор ширины дорожки печатной платы?
Калькулятор ширины медной дорожки на печатной плате поможет вам рассчитать минимальную ширину медной дорожки, необходимую для безопасной передачи заданного тока на печатной плате. Вводя такие данные, как ток, толщина меди, тип слоя, превышение температуры и длина дорожки, калькулятор рассчитывает ключевые параметры, такие как:
- Требуемая ширина дорожки для заданного тока
- Падение напряжения на дорожке
- Потеря мощности из-за сопротивления меди
- Общая площадь и сечение меди
Правильный выбор размера дорожек критически важен для надёжности. Слишком узкие дорожки приведут к перегреву, дрейфу сопротивления или даже отслоению от платы. Слишком широкие — к потере площади платы, которую можно было бы использовать для трассировки или компактной компоновки.
Основные параметры, используемые этим калькулятором
Ток и толщина меди
Основным фактором, определяющим ширину дорожки, является сила тока, которую она должна выдерживать. Более высокий ток приводит к увеличению потерь I²R и выделению тепла. Толщина меди (часто обозначается как 1 унция, 2 унции и т. д.) определяет площадь поперечного сечения дорожки при заданной ширине:
- 1 унция/фут² ≈ толщина 35 мкм
- 2 унции/фут² ≈ толщина 70 мкм
При том же токе и повышении температуры более толстый слой меди позволяет получить более узкую дорожку.
Повышение температуры и условия окружающей среды
IPC-2221 и аналогичные стандарты определяют ширину дорожки с точки зрения максимально допустимой Повышение температуры (ΔT) относительно окружающей среды. Типичная цель проектирования для общей электроники – ΔT = на 10–20 °C выше температуры окружающей среды 20–25 °C.
Допустимое понижение температуры (для долговечных или плотно упакованных конструкций) → более широкие дорожки. Более высокий допустимый подъем температуры (для кратковременных или некритических цепей) → более узкие дорожки.
Внутренние и внешние слои
Внешние дорожки на верхнем или нижнем слое легче рассеивают тепло благодаря прямому контакту с воздухом и медной заливкой вокруг них. Внутренние дорожки «утоплены» в ламинат и удерживают больше тепла, поэтому для одинакового тока и повышения температуры внутренние дорожки, как правило, должны быть шире внешних.
Как работает этот калькулятор
Этот калькулятор использует стандартные для отрасли формулы в стиле IPC-2221 для оценки необходимой площади поперечного сечения дорожки и преобразует её в минимальную ширину, исходя из толщины медного слоя. В упрощённом виде площадь поперечного сечения A (в мил²) рассчитывается по формуле:
A = ( I / ( k × ΔT b ) ) 1/c
где:
- I – ток (А)
- ΔT – допустимое повышение температуры (°C)
- k, b, c – эмпирические константы, зависящие от типа внутреннего/внешнего слоя
Если известно значение A, требуемая ширина следа составит:
Width = A / thickness
с толщиной меди, выраженной в милах (например, 1 унция ≈ 1,37 мила).:contentReference[oaicite:0]{index=0}
Результаты являются приблизительными для стандартных условий. Реальные факторы, такие как воздушный поток, заливка меди, теплоотводящие плоскости и расположение плат друг на друге, могут позволить сделать дорожки более узкими, в то время как заливка или плохая вентиляция могут потребовать более широких дорожек.
Краткая справочная таблица (1 унция, внешний слой, ΔT = 10 °C)
В таблице ниже показаны приблизительные минимальные ширины дорожек для распространенных токов, предполагая:
- 1 унция внешней меди
- повышение температуры на 10 °C выше температуры окружающей среды
- Стандартный FR-4 в неподвижном воздухе
| Ток (А) | Примерная ширина (мил) | Примерная ширина (мм) | Типичное использование |
|---|---|---|---|
| 0,5 А | ≈ 5 мил | ≈ 0,12 мм | Маломощные логические шины, малые нагрузки |
| 1,0 А | ≈ 12 мил | ≈ 0,30 мм | Общий ввод-вывод, небольшие двигатели постоянного тока, светодиодные гирлянды |
| 2,0 А | ≈ 31 мил | ≈ 0,80 мм | Выходы DC/DC-преобразователя, шины питания |
| 3,0 А | ≈ 54 мил | ≈ 1,40 мм | Сильноточные силовые каскады, драйверы |
Эти значения намеренно занижены и должны рассматриваться как отправная точка. Всегда проверяйте минимальную ширину проводников, указанную производителем вашей печатной платы, и добавляйте разумный запас (например, +20–50%) для критически важных проводников питания.
Советы по использованию этого калькулятора
- Раздельная маршрутизация сигналов и питания — используйте узкие дорожки для слаботочных цифровых сигналов и более широкие маршруты или полигоны для путей питания.
- Используйте медную заливку для больших токов . Для драйверов двигателей или источников питания рассмотрите возможность использования плоскостей или крупных заливок вместо одиночных дорожек.
- Подумайте о путях теплопередачи . Размещайте тепловыделяющие компоненты так, чтобы тепло могло отводиться через медные заливки, переходные отверстия и воздушный поток.
- Проверка критических сетей . Для высоконадежных или критически важных с точки зрения безопасности конструкций выполните проверку с помощью лабораторных измерений или детального теплового моделирования.
Если вы определяете параметры дорожек для промышленных контроллеров, электроприводов или модулей ввода-вывода ПЛК и не уверены, какие параметры использовать, смело обращайтесь к нашей команде инженеров за рекомендациями по применению.
