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      如何利用PCB走線設(shè)計(jì)一個0.05歐姆的采樣電阻？

      2021-03-18 | pdf | 331.92KB | 次下載 | 5積分

      資料介紹

      有時候，在設(shè)計(jì)電路時，需要用到一個阻值比較小的功率電阻作采樣電阻，用來采樣大電流。很多時候我們都會采用一個大封裝的功率電阻來做，例如2010，1812，功率一般0.5W。但是我們有沒有想過用PCB走線來設(shè)計(jì)一個采樣電阻呢？下面介紹用PCB走線設(shè)計(jì)一個0.05歐姆的方法。

      先認(rèn)識一下物理知識，導(dǎo)體的電阻率公式：R =ρL/S，其中 ρ 是特定導(dǎo)體的電阻率， L 是導(dǎo)體長度， S 是導(dǎo)體截面積。

      由上述的導(dǎo)體的電阻率公式可以知道，要用PCB走線設(shè)計(jì)出0.05歐姆，必須要知道pcb導(dǎo)體的電阻率，走線的長度，走線的橫截面積。PCB導(dǎo)體材料是銅，而銅的電阻銅的電阻率查表可得：1.75×10E-08, 走線的橫截面積可以由走線寬度和覆銅厚度計(jì)算得到，PCB覆銅厚度有1OZ、1/2OZ、1/3OZ等。走線的寬度和長度不能馬上知道，需要計(jì)算才能得出。為了計(jì)算方便，我們可以用EXCEL表格來把一些滿足要求的值算出來 。如下所示：

      R =ρL/S=ρL/(W*T)
      銅電阻率ρ 導(dǎo)線長度L(m) 導(dǎo)線寬度W(m) 導(dǎo)線厚度T(m) PCB制作銅厚 導(dǎo)線電阻R(Ω)
      1.75E-08 0.055 0.001 3.50E-05 1OZ 0.0275
      1.75E-08 0.06 0.001 3.50E-05 1OZ 0.03
      1.75E-08 0.065 0.001 3.50E-05 1OZ 0.0325
      1.75E-08 0.07 0.001 3.50E-05 1OZ 0.035
      1.75E-08 0.075 0.001 3.50E-05 1OZ 0.0375
      1.75E-08 0.08 0.001 3.50E-05 1OZ 0.04
      1.75E-08 0.085 0.001 3.50E-05 1OZ 0.0425
      1.75E-08 0.09 0.001 3.50E-05 1OZ 0.045
      1.75E-08 0.095 0.001 3.50E-05 1OZ 0.0475
      1.75E-08 0.1 0.001 3.50E-05 1OZ 0.05
      1.75E-08 0.005 0.001 1.75E-05 1/2 OZ 0.005
      1.75E-08 0.01 0.001 1.75E-05 1/2 OZ 0.01
      1.75E-08 0.015 0.001 1.75E-05 1/2 OZ 0.015
      1.75E-08 0.02 0.001 1.75E-05 1/2 OZ 0.02
      1.75E-08 0.025 0.001 1.75E-05 1/2 OZ 0.025
      1.75E-08 0.03 0.001 1.75E-05 1/2 OZ 0.03
      1.75E-08 0.035 0.001 1.75E-05 1/2 OZ 0.035
      1.75E-08 0.04 0.001 1.75E-05 1/2 OZ 0.04
      1.75E-08 0.045 0.001 1.75E-05 1/2 OZ 0.045
      1.75E-08 0.05 0.001 1.75E-05 1/2 OZ 0.05
      1.75E-08 0.005 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.007478632
      1.75E-08 0.01 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.014957265
      1.75E-08 0.015 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.022435897
      1.75E-08 0.02 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.02991453
      1.75E-08 0.025 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.037393162
      1.75E-08 0.03 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.044871795
      1.75E-08 0.035 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.052350427
      1.75E-08 0.04 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.05982906
      1.75E-08 0.045 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.067307692
      1.75E-08 0.05 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.074786325
      1.75E-08 0.055 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.082264957
      1.75E-08 0.06 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.08974359
      1.75E-08 0.065 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.097222222
      1.75E-08 0.07 0.001 1.17E-05 1/3 OZ 0.104700855
      1.75E-08 0.15 0.002 3.50E-05 1OZ 0.0375
      1.75E-08 0.155 0.002 3.50E-05 1OZ 0.03875
      1.75E-08 0.16 0.002 3.50E-05 1OZ 0.04
      1.75E-08 0.165 0.002 3.50E-05 1OZ 0.04125
      1.75E-08 0.17 0.002 3.50E-05 1OZ 0.0425
      1.75E-08 0.175 0.002 3.50E-05 1OZ 0.04375
      1.75E-08 0.18 0.002 3.50E-05 1OZ 0.045
      1.75E-08 0.185 0.002 3.50E-05 1OZ 0.04625
      1.75E-08 0.19 0.002 3.50E-05 1OZ 0.0475
      1.75E-08 0.195 0.002 3.50E-05 1OZ 0.04875
      1.75E-08 0.2 0.002 3.50E-05 1OZ 0.05
      1.75E-08 0.1 0.002 1.75E-05 1/2 OZ 0.05
      1.75E-08 0.105 0.002 1.75E-05 1/2 OZ 0.0525
      1.75E-08 0.11 0.002 1.75E-05 1/2 OZ 0.055
      1.75E-08 0.115 0.002 1.75E-05 1/2 OZ 0.0575
      1.75E-08 0.12 0.002 1.75E-05 1/2 OZ 0.06
      1.75E-08 0.125 0.002 1.75E-05 1/2 OZ 0.0625
      1.75E-08 0.13 0.002 1.75E-05 1/2 OZ 0.065
      1.75E-08 0.135 0.002 1.75E-05 1/2 OZ 0.0675
      1.75E-08 0.14 0.002 1.75E-05 1/2 OZ 0.07
      1.75E-08 0.005 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.003739316
      1.75E-08 0.01 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.007478632
      1.75E-08 0.015 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.011217949
      1.75E-08 0.02 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.014957265
      1.75E-08 0.025 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.018696581
      1.75E-08 0.03 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.022435897
      1.75E-08 0.035 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.026175214
      1.75E-08 0.04 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.02991453
      1.75E-08 0.045 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.033653846
      1.75E-08 0.05 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.037393162
      1.75E-08 0.055 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.041132479
      1.75E-08 0.06 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.044871795
      1.75E-08 0.065 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.048611111
      1.75E-08 0.07 0.002 1.17E-05 1/3 OZ 0.052350427

      由上圖可知，通過excel表格算出了幾組滿足要求的數(shù)據(jù)。

      1、當(dāng)覆銅厚度是1OZ，走線寬度是1mm，走線長度是10cm時，PCB走線導(dǎo)體電阻計(jì)算出來的結(jié)果是0.05Ω。
      2、當(dāng)覆銅厚度是1/2OZ，走線寬度是1mm，走線長度是5cm時，PCB走線導(dǎo)體電阻計(jì)算出來的結(jié)果是0.05Ω。
      3、當(dāng)覆銅厚度是1/3OZ，走線寬度是1mm，走線長度是3.5cm時，PCB走線導(dǎo)體電阻計(jì)算出來的結(jié)果是0.052Ω。
      4、當(dāng)覆銅厚度是1OZ，走線寬度是2mm，走線長度是20cm時，PCB走線導(dǎo)體電阻計(jì)算出來的結(jié)果是0.05Ω。
      5、當(dāng)覆銅厚度是1/2OZ，走線寬度是2mm，走線長度是10cm時，PCB走線導(dǎo)體電阻計(jì)算出來的結(jié)果是0.05Ω。
      6、當(dāng)覆銅厚度是1/3OZ，走線寬度是2mm，走線長度是7cm時，PCB走線導(dǎo)體電阻計(jì)算出來的結(jié)果是0.05Ω。

      算出了滿足阻值要求的PCB走線寬度和長度后，已經(jīng)可以在PCB上畫過這段導(dǎo)線了。例如，其中一組滿足要求的數(shù)據(jù)的畫法如圖：

      但是，我們還要知道所設(shè)計(jì)的這個“電阻”的載流能是多大，如果需要流過的電流很大，而設(shè)計(jì)出來的“電阻”載流能力比它小，就有燒毀的可能。導(dǎo)體的載流能力可以用以下計(jì)算方法計(jì)算，

      I=KT0.44A0.725

      （K為修正系數(shù)，一般覆銅線在內(nèi)層時取0.024，在外層時取0.048，T為最大溫升，單位為攝氏度(例如，60℃)，A為覆銅截面積，單位為平方MIL(不是毫米mm，注意是square mil.)

      同樣用excel表格計(jì)算PCB走線載流能力，把以上滿足條件的幾組數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出來的導(dǎo)線的載流能算出來，如下圖所示:

      I=KT0.44A0.725??=KT0.44（W*TC）0.725
      修正系數(shù)K 最大溫升T(OC) 線寬（mil） mm 銅厚（mil） mm 最大電流I(A)
      0.024 60 39.37 1 1.37795 0.035 2.63049194
      0.024 60 39.37 1 0.688975 0.0175 1.59143985
      0.024 60 39.37 1 0.460629 0.0117 1.188563511
      0.024 60 78.74 2 1.37795 0.035 4.347941802
      0.024 60 78.74 2 0.688975 0.0175 2.63049194
      0.024 60 78.74 2 0.460629 0.0117 1.964577383
      0.048 60 39.37 1 1.37795 0.035 5.260983881
      0.048 60 39.37 1 0.688975 0.0175 3.1828797
      0.048 60 39.37 1 0.460629 0.0117 2.377127021
      0.048 60 78.74 2 1.37795 0.035 8.695883604
      0.048 60 78.74 2 0.688975 0.0175 5.260983881
      0.048 60 78.74 2 0.460629 0.0117 3.929154766

      由上圖可知，

      1、當(dāng)覆銅厚度是1OZ，里層走線寬度是1mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是2.63A。

      2、當(dāng)覆銅厚度是1/2OZ，里層走線寬度是1mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是1.59A。

      3、當(dāng)覆銅厚度是1/3OZ，里層走線寬度是1mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是1.19A。

      4、當(dāng)覆銅厚度是1OZ，里層走線寬度是2mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是4.35A。

      5、當(dāng)覆銅厚度是1/2OZ，里層走線寬度是2mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是2.63A。

      6、當(dāng)覆銅厚度是1/3OZ，里層走線寬度是2mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是1.96A。

      7、當(dāng)覆銅厚度是1OZ，外層走線寬度是1mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是5.26A。

      8、當(dāng)覆銅厚度是1/2OZ，外層走線寬度是1mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是3.18A。

      9、當(dāng)覆銅厚度是1/3OZ，外層走線寬度是1mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是2.38A。

      10、當(dāng)覆銅厚度是1OZ，外層走線寬度是2mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是8.70A。

      11、當(dāng)覆銅厚度是1/2OZ，外層走線寬度是2mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是5.26A。

      12、當(dāng)覆銅厚度是1/3OZ，外層走線寬度是2mm，PCB走線導(dǎo)體的載流能力60度最大溫升時是3.93A。

      有了以上這些結(jié)果，我們就可以根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)出滿足我們要求的阻值的PCB導(dǎo)線。



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