PCB板設(shè)計(jì)：如何確定大電流導(dǎo)線線寬

以下總結(jié)了八種電流與線寬的關(guān)系公式，表和計(jì)算公式，雖然各不相同（大體相近），但大家可以在實(shí)際的PCB板設(shè)計(jì)中，綜合考慮PCB板的大小，通過電流，選擇一個(gè)合適的線寬。

PCB電流與線寬

PCB載流能力的計(jì)算一直缺乏權(quán)威的技術(shù)方法、公式，經(jīng)驗(yàn)豐富CAD工程師依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)?zāi)茏鞒鲚^準(zhǔn)確的判斷。但是對(duì)于CAD新手，不可謂遇上一道難題。

PCB的載流能力取決與以下因素：線寬、線厚（銅箔厚度）、容許溫升。大家都知道，PCB走線越寬，載流能力越大。假設(shè)在同等條件下，10MIL的走線能承受1A，那么50MIL的走線能承受多大電流，是5A嗎？答案自然是否定的。請(qǐng)看以下來來自國際權(quán)威機(jī)構(gòu)提供的數(shù)據(jù)：

線寬的單位是：Inch（1inch=2.54cm=25.4mm）

數(shù)據(jù)來源：MIL-STD-275 Printed Wiring for Electronic Equipment

PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系 在了解PCB設(shè)計(jì)銅鉑厚度、線寬和電流關(guān)系之前先讓我們了解一下PCB 敷銅厚度的單位盎司、英寸和毫米之間的換算："在很多數(shù)據(jù)表中，PCB 的敷銅厚度常常用盎司做單位，它與英寸和毫米的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

1 盎司 = 0.0014 英寸 = 0.0356 毫米（mm） 2 盎司 = 0.0028 英寸 = 0.0712 毫米（mm）

盎司是重量單位，之所以可以轉(zhuǎn)化為毫米是因?yàn)镻CB的敷銅厚度是“盎司/平方英寸”！

也可以使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：0.15×線寬(W)=A，以上數(shù)據(jù)均為溫度在25℃下的線路電流承載值。

導(dǎo)線阻抗：0.0005×L/W（線長(zhǎng)/線寬）

另外，導(dǎo)線的電流承載值與導(dǎo)線的過孔數(shù)量焊盤的關(guān)系：

導(dǎo)線的電流承載值與導(dǎo)線線的過孔數(shù)量焊盤存在的直接關(guān)系（目前沒有找到焊盤和過孔孔徑每平方毫米對(duì)線路的承載值影響的計(jì)算公式，有心的朋友可以自己去找一下，個(gè)人也不是太清楚，不在說明）這里只做一下簡(jiǎn)單的一些影響到線路電流承載值的主要因素。

1、在表格數(shù)據(jù)中所列出的承載值是在常溫25度下的最大能夠承受的電流承載值，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中還要考慮各種環(huán)境、制造工藝、板材工藝、板材質(zhì)量等等各種因素。所以表格提供只是做為一種參考值。

2、在實(shí)際設(shè)計(jì)中，每條導(dǎo)線還會(huì)受到焊盤和過孔的影響，如焊盤教多的線段，在過錫后，焊盤那段它的電流承載值就會(huì)大大增加了，可能很多人都有看過一些大電流板中焊盤與焊盤之間某段線路被燒毀，這個(gè)原因很簡(jiǎn)單，焊盤因?yàn)檫^錫完后因?yàn)橛性_和焊錫增強(qiáng)了其那段導(dǎo)線的電流承載值，而焊盤與焊盤之間的焊盤它的最大電流承載值也就為導(dǎo)線寬度允許最大的電流承載值。

因此在電路瞬間波動(dòng)的時(shí)候，就很容易燒斷焊盤與焊盤之間那一段線路，解決方法：增加導(dǎo)線寬度，如板不能允許增加導(dǎo)線寬度，在導(dǎo)線增加一層Solder層（一般1毫米的導(dǎo)線上可以增加一條0.6左右的Solder層的導(dǎo)線，當(dāng)然你也增加一條1mm的Solder層導(dǎo)線）這樣在過錫過后，這條1mm的導(dǎo)線就可以看做一條1.5mm~2mm導(dǎo)線了（視導(dǎo)線過錫時(shí)錫的均勻度和錫量），如下圖：

像此類處理方法對(duì)于那些從事小家電PCB Layout的朋友并不陌生，因此如果過錫量夠均勻也錫量也夠多的話，這條1mm導(dǎo)線就不止可以看做一條2mm的的導(dǎo)線了。而這點(diǎn)在單面大電流板中有為重要。

3、圖中焊盤周圍處理方法同樣是增加導(dǎo)線與焊盤電流承載能力均勻度，這個(gè)特別在大電流粗引腳的板中（引腳大于1.2以上，焊盤在3以上的）這樣處理是十分重要的。因?yàn)槿绻副P在3mm以上管腳又在1.2以上，它在過錫后，這一點(diǎn)焊盤的電流就會(huì)增加好幾十倍，如果在大電流瞬間發(fā)生很大波動(dòng)時(shí)，這整條線路電流承載能力就會(huì)十分的不均勻（特別焊盤多的時(shí)候），仍然很容易造成焊盤與焊盤之間的線路燒斷的可能性。圖中那樣處理可以有效分散單個(gè)焊盤與周邊線路電流承載值的均勻度。

最后再次說明：電流承載值數(shù)據(jù)表只是一個(gè)絕對(duì)參考數(shù)值，在不做大電流設(shè)計(jì)時(shí)，按表中所提供的數(shù)據(jù)再增加10%量就絕對(duì)可以滿足設(shè)計(jì)要求。而在一般單面板設(shè)計(jì)中，以銅厚35um，基本可以于1比1的比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就是1A的電流可以以1mm的導(dǎo)線來設(shè)計(jì)，也就能夠滿足要求了（以溫度105度計(jì)算）。

PCB設(shè)計(jì)時(shí)銅箔厚度，走線寬度和電流的關(guān)系 信號(hào)的電流強(qiáng)度。當(dāng)信號(hào)的平均電流較大時(shí)，應(yīng)考慮布線寬度所能承載的的電流，線寬可參考以下數(shù)據(jù)：

PCB設(shè)計(jì)時(shí)銅箔厚度，走線寬度和電流的關(guān)系：

i. 用銅皮作導(dǎo)線通過大電流時(shí)，銅箔寬度的載流量應(yīng)參考表中的數(shù)值降額50%去選擇考慮。

ii. 在PCB設(shè)計(jì)加工中，常用OZ（盎司）作為銅皮厚度的單位，1OZ銅厚的定義為1 平方英尺面積內(nèi)銅箔的重量為一盎，對(duì)應(yīng)的物理厚度為35um；2OZ銅厚為70um。

如何確定大電流導(dǎo)線線寬

（b）導(dǎo)線厚度35μm?（c）導(dǎo)線厚度70μm （d）導(dǎo)線厚度105μm

利用PCB的溫度阻抗計(jì)算軟件計(jì)算（計(jì)算線寬，電流，阻抗等）PCBTEMP

依次填入Location（External/Internal）導(dǎo)線在表面還是在FR-4板內(nèi)部、Temp 溫度（Degree C）、Width線寬（Mil）、Thickness厚度（Oz/Mil）,再點(diǎn)Solve即可求出通過的電流，也可以知道通過的電流，求線寬，非常方便。

可以看到同第一種方法的結(jié)果差不多（20攝氏度，10mil線寬，也就是0.010inch線寬，銅箔厚度為1Oz）

經(jīng)驗(yàn)公式

I=KT0.44A0.75

K為修正系數(shù)，一般覆銅線在內(nèi)層時(shí)取0.024，在外層時(shí)取0.048；

T為最大溫升，單位為攝氏度（銅的熔點(diǎn)是1060℃）；

A為覆銅截面積，單位為平方MIL（不是毫米mm，注意是square mil）；

I為容許的最大電流，單位為安培（amp）。

一般：10mil=0.010inch=0.254可為1A，

250MIL=6.35mm，為8.3A。

某網(wǎng)友提供的計(jì)算方法如下

先計(jì)算track的截面積，大部分PCB的銅箔厚度為35um（不確定的話可以問PCB廠家）它乘上線寬就是截面積，注意換算成平方毫米。有一個(gè)電流密度經(jīng)驗(yàn)值，為15~25安培/平方毫米。把它稱上截面積就得到通流容量。

關(guān)于線寬與過孔鋪銅的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn) 我們?cè)诋婸CB時(shí)一般都有一個(gè)常識(shí)，即走大電流的地方用粗線（比如50mil，甚至以上），小電流的信號(hào)可以用細(xì)線（比如10mil）。對(duì)于某些機(jī)電控制系統(tǒng)來說，有時(shí)候走線里流過的瞬間電流能夠達(dá)到100A以上，這樣的話比較細(xì)的線就肯定會(huì)出問題。

一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)值是：10A/平方mm，即橫截面積為1平方毫米的走線能安全通過的電流值為10A。如果線寬太細(xì)的話，在大電流通過時(shí)走線就會(huì)燒毀。當(dāng)然電流燒毀走線也要遵循能量公式：Q＝I*I*t，比如對(duì)于一個(gè)有10A電流的走線來說，突然出現(xiàn)一個(gè)100A的電流毛刺，持續(xù)時(shí)間為us級(jí)，那么30mil的導(dǎo)線是肯定能夠承受住的。（這時(shí)又會(huì)出現(xiàn)另外一個(gè)問題，導(dǎo)線的雜散電感，這個(gè)毛刺將會(huì)在這個(gè)電感的作用下產(chǎn)生很強(qiáng)的反向電動(dòng)勢(shì)，從而有可能損壞其他器件。越細(xì)越長(zhǎng)的導(dǎo)線雜散電感越大，所以實(shí)際中還要綜合導(dǎo)線的長(zhǎng)度進(jìn)行考慮）

一般的PCB繪制軟件對(duì)器件引腳的過孔焊盤鋪銅時(shí)往往有幾種選項(xiàng)：直角輻條，45度角輻條，直鋪。他們有何區(qū)別呢？新手往往不太在意，隨便選一種，美觀就行了。其實(shí)不然，主要有兩點(diǎn)考慮：一是要考慮不能散熱太快，二是要考慮過電流能力。

使用直鋪的方式特點(diǎn)是焊盤的過電流能力很強(qiáng)，對(duì)于大功率回路上的器件引腳一定要使用這種方式。同時(shí)它的導(dǎo)熱性能也很強(qiáng)，雖然工作起來對(duì)器件散熱有好處，但是這對(duì)于電路板焊接人員卻是個(gè)難題，因?yàn)楹副P散熱太快不容易掛錫，常常需要使用更大瓦數(shù)的烙鐵和更高的焊接溫度，降低了生產(chǎn)效率。使用直角輻條和45角輻條會(huì)減少引腳與銅箔的接觸面積，散熱慢，焊起來也就容易多了。所以選擇過孔焊盤鋪銅的連接方式要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，綜合過電流能力和散熱能力一起考慮，小功率的信號(hào)線就不要使用直鋪了，而對(duì)于通過大電流的焊盤則一定要直鋪。至于直角還是45度角就看美觀了。

為什么提起這個(gè)來了呢？因?yàn)榍耙魂囈恢痹谘芯恳豢?a target="_blank">電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，這個(gè)驅(qū)動(dòng)器中H橋的器件老是燒毀，四五年了都找不到原因。在一番辛苦之后終于發(fā)現(xiàn)：原來是功率回路中一處器件的焊盤在鋪銅時(shí)使用了直角輻條的鋪銅方式（而且由于鋪銅畫的不好，實(shí)際只出現(xiàn)了兩個(gè)輻條）。這使得整個(gè)功率回路的過電流能力大打折扣。雖然產(chǎn)品在正常使用過程沒有任何問題，工作在10A電流的情況下完全正常。但是，當(dāng)H橋出現(xiàn)短路時(shí)，該回路上會(huì)出現(xiàn)100A左右的電流，這兩根輻條瞬時(shí)就燒斷了（uS級(jí)）。然后呢，功率回路變成了斷路，儲(chǔ)藏在電機(jī)上的能量沒有瀉放通道就通過一切可能的途徑散發(fā)出去，這股能量會(huì)燒毀測(cè)流電阻及相關(guān)的運(yùn)放器件，擊毀橋路控制芯片，并竄入數(shù)字電路部分的信號(hào)與電源中，造成整個(gè)設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p毀。整個(gè)過程就像用一根頭發(fā)絲引爆了一個(gè)大地雷一樣驚心動(dòng)魄。

那么，為什么在功率回路中的焊盤上只使用了兩個(gè)輻條呢？為什么不讓銅箔直鋪過去呢？因?yàn)?，生產(chǎn)部門的人員說那樣的話這個(gè)引腳太難焊了！

編輯：黃飛

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