Rechner für maximalen PCB-Trace-Strom (intern)

Maximaler Strom:

Leiterbahntemperatur:

Widerstand:

Spannungsabfall:

Verlustleistung:

Dieses Tool berechnet den maximal zulässigen Strom, der durch eine interne Kupferleiterplatte fließen kann (auch als Stripline bezeichnet), wobei der Temperaturanstieg des Leiters selbst unter dem angegebenen Eingabewert gehalten wird. Wie auf dem Bild gezeigt, hat die Stripline eine Breite W und eine Dicke T und befindet sich vollständig im Dielektrikum. Aus diesem Grund ist eine Stripline-Struktur weniger wahrscheinlich, Hochfrequenzsignale (RF) abzustrahlen, und wird daher weit verbreitet in Mikrowellenkreisen eingesetzt.

Durch Bereitstellung zusätzlicher Eingabeparameter (Umgebungstemperatur und Spurlänge) ist es möglich, die Gesamttemperatur, den Widerstand, den Spannungsabfall und die Leistungsaufnahme (Leistungsverlust) des Traces zu berechnen.

Berechnen Sie zunächst den Bereich gemäß der folgenden Formel:

A = (T · W · 1.378 [mils/oz/ft2])                 (I)

Berechnen Sie dann den maximalen Strom:

I_MAX = (k · T_RISE^b) · A^c                                       (II)

Wo:

A ist der Querschnittsbereich [mils²] T ist die Spurdicke [oz/ft²] W ist die Spurbreite [mils] I_MAX ist der maximale Strom [A] T_RISE ist der maximal gewünschte Temperaturanstieg [°C] k, b und c sind Konstanten. Gemäß IPC-2221A Par. 6.2 (“Anforderungen an leitfähige Materialien”) sind ihre Werte für innere Schichten wie folgt: k = 0.024 b = 0.44 c = 0.725

Gleichung (II) basiert auf einer Kurvenanpassung an die in [1] (Par. 6.2, Abbildung B und Abbildung C) bereitgestellten Diagramme.

T_TEMP = T_RISE + T_AMB

Wo:

T_TEMP ist die Spurtemperatur [°C] T_RISE ist der maximal gewünschte Temperaturanstieg [°C] T_AMB ist die Umgebungstemperatur [°C]

Konvertieren Sie zunächst den Querschnittsbereich von [mils²] in [cm²

A’ = A * 2.54 * 2.54 * 10^-6

Berechnen Sie dann den Widerstand:

R = (ρ * L / A’) * (1 + α * (T_TEMP – 25 °C))

Wo:

T ist die Spurdicke [oz/ft²] W ist die Spurbreite [mils] R ist der Widerstand [Ω] ρ ist der spezifische Widerstand, dessen Wert für Kupfer 1,7E-6 [Ω · cm] beträgt L ist die Spurlänge [cm] α ist der Temperaturkoeffizient des spezifischen Widerstands, dessen Wert für Kupfer 3,9E-3 [1/°C] T_TEMP ist die Spurtemperatur [°C]

Der Spannungsabfall kann wie folgt berechnet werden:

V_DROP = I * R

Wo:

V_DROP ist der Spannungsabfall [V] I ist der maximale Strom [A] R ist der Widerstand [Ω]

Die Leistungsdissipation oder der Leistungsverlust kann gemäß der folgenden Formel berechnet werden:

P_LOSS = R * I²

Wo:

P_LOSS ist der Leistungsverlust [W] R ist der Widerstand [Ω] I ist der maximale Strom [A] 

Beispiel 1

Eingänge W = 9 mil T = 2 oz/ft² T_RISE = 10 °C T_AMB = 25 °C L = 10 Zoll

Ausgabe Querschnittsfläche = 24.804 mils² I_MAX = 0.678 A

Zusätzliche Ausgabe Spurtemperatur = 35 °C Widerstand = 0.280 Ω Spannungsabfall = 0.190 V Leistungsdissipation = 0.129 W

Beispiel 2

Eingänge W = 25 mil T = 4 mil T_RISE = 20 °C T_AMB = 27 °C L = 8 Zoll

Ausgabe Querschnitts Fläche = 100.00 mils² I_MAX = 2.53 A

Zusätzliche Ausgabe Spurtemperatur = 47 °C Widerstand = 0.0581 Ω Spannungsabfall = 0.147 V Leistungsdissipation = 0.372 W

[1] IPC-2221A “Generic Standard on Printed Board Design”