Ancho de traza y cálculos de espacio libre

¿Cuál es la matemática detrás de los cálculos de trazas y despeje? Estoy diseñando una PCB, que transportará 12V y 6A, ¿cuál debería ser el ancho y el espacio libre?

Del mismo modo, ¿cuál debería ser para 12V 3A y 5V 3A? ¿Existe una regla general, con la cual podemos decidir el ancho y el espacio libre?

Eso es en realidad dos preguntas separadas. Son los voltajes de los circuitos los que determinan los requisitos de espacio libre, mientras que los niveles de corriente determinan los requisitos de ancho (y espesor).

Ancho de seguimiento

En primer lugar, se trata del ancho y el grosor de una traza de cobre en una PCB que determina su área de sección transversal, de la misma manera que el diámetro de un cable ordinario. El área de la sección transversal determina su resistencia por unidad de longitud, en cuyo punto, depende de usted decidir dos cosas:

• ¿Cuánta caída de voltaje (ΔV = I × R) puede tolerar de un extremo de la traza al otro?

• ¿Cuánto calentamiento de la traza (Potencia = I ² R) puede tolerar?

Uno u otro de estos será el factor limitante para cada rastro.

Por ejemplo, puede tener "1 oz". cobre en tu PCB. Esta es una notación abreviada para "1 onza de cobre por pie cuadrado", que se traduce en un grosor de 1.38 mils, o 0.035 mm. Una traza que tiene 10 mils (0.254 mm) de ancho, entonces, tiene un área de sección transversal de 13.8 mil ² que es aproximadamente equivalente a un cable AWG38. Tendrá una resistencia de aproximadamente 0,75 Ω / pie. y la capacidad actual es del orden de 10 s de mA.

Para manejar corrientes más altas, puede seleccionar "2 oz". cobre (0.070 mm de grosor) y use trazas de, digamos, 100 mils (2.54 mm) de ancho. Esto le da un área de sección transversal de 276 mil ² que es aproximadamente equivalente a un cable AWG24.

Tenga en cuenta que, dado que las trazas en una PCB son muy planas y anchas, en realidad son mucho mejores para eliminar el calor del medio ambiente que el cable circuilar equivalente. Entonces, en lo que respecta a las pérdidas de I ² R, puede poner mucha más corriente a través de un trazado de PCB, pero aún debe prestar atención al aumento de temperatura y la gestión térmica asociada.

Despeje

El espacio requerido entre los conductores está determinado por la diferencia de voltaje entre ellos y la cantidad de corriente de fuga que puede tolerar. La corriente de fuga se asocia principalmente con la contaminación de la superficie de la PCB (p. Ej., Flujo residual, así como polvo acumulado, humedad, etc.).

Una directriz proviene de servicios de pruebas de seguridad como UL, que requiere una distancia de fuga de 5 mm por kilovoltio para los circuitos que se supone que están "aislados" entre sí (grupo de materiales I, grado de contaminación 2 de UL840 ).

Obviamente, esta guía proporciona valores muy pequeños para voltajes bajos (0.05 mm o 0.002 pulg. A 10 V), por lo que el factor limitante se convierte en el ancho de línea / espacio que su casa fab de PCB es capaz de hacer.

Además de la excelente respuesta de Dave, es posible que desee consultar el estándar IPC-2152, que define el "Estándar para determinar la capacidad de carga de corriente en el diseño de placas impresas".

El único estándar de la industria para determinar los tamaños apropiados de conductores internos y externos en tableros impresos en función de la capacidad de carga de corriente requerida y el aumento aceptable de la temperatura del conductor. Este documento proporciona orientación sobre cómo la conductividad térmica, las vías, los planos de cobre, la disipación de potencia y el material y el grosor de la placa impresa influyen en la relación entre la corriente, el tamaño del conductor y la temperatura. 97 páginas. Lanzado en agosto de 2009.

Se puede adquirir aquí.

Pero hay calculadoras útiles disponibles, como el kit de herramientas Saturn PCB