PCB-Leiterbahnbreitenrechner (extern)

Leiterbahnbreite:

Leiterbahntemperatur:

Widerstand:

Spannungsabfall:

Verlustleistung:

Die Leiterbahnbreite ist eine Anforderung, die Designer festlegen, um sicherzustellen, dass die Leiterbahn die erforderliche Stromkapazität bewältigen kann. Dieses Tool berechnet die Leiterbahnbreite auf der Grundlage der folgenden Entwurfsangaben:

• Maximaler Strom
• Leiterbahndicke
• Maximaler gewünschter Temperaturanstieg

Dieses Tool berechnet auch die folgenden zusätzlichen wertvollen Informationen im Zusammenhang mit der Leiterbahn:

• Widerstand
• Spannungsabfall
• Leiterbahnleistung

Beschreibung

Dieses Tool berechnet auf der Grundlage der Formeln und Grafiken im Standarddokument [1] die Dicke einer Kupferleiterplatte, die erforderlich ist, um einen gegebenen Strom zu leiten, wobei der Temperaturanstieg der Leiterbahn selbst unter dem angegebenen Eingabewert gehalten wird.

Durch Bereitstellung zusätzlicher Eingabeparameter (Umgebungstemperatur und Leiterbahnlänge) ist es möglich, die Gesamttemperatur der Leiterbahn, den Widerstand, den Spannungsabfall und die Leistungsaufnahme der Leiterbahn (Leistungsverlust) zu berechnen.

Zu beachten ist, dass externe PCB-Schichten einen besseren Wärmeübergang als interne Schichten erreichen, aufgrund der Wärmeableitung durch Luftkonvektion. Andersherum leitet das interne Dielektrikum Wärme nicht sehr gut, und das erklärt, warum interne Leiterbahnen breiter sind als externe Leiterbahnen.

Berechnen Sie zunächst den Bereich gemäß der folgenden Formel:

A = (I / (k * T_RISE^b))^1/c                                    (I)

Berechnen Sie dann die Leiterbahnbreite:

W = A / (T * 1.378 [mils/oz/ft²])                 (II)

Wo:

A ist der Querschnittsbereich [mils²], I ist der maximale Strom [A], T_RISE ist der maximal gewünschte Temperaturanstieg [°C], W ist die Leiterbahnbreite [mils], T ist die Leiterbahndicke [oz/ft²], k, b und c sind Konstanten. Gemäß IPC-2221A Par. 6.2 ("Leitfähigkeitsmaterialanforderungen") sind ihre Werte für innere Schichten wie folgt: k = 0,048 b = 0,44 c = 0,725

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

Berechnung der Leiterbahntemperatur

Die Gesamtleiterbahntemperatur kann wie folgt berechnet werden

T_TEMP = T_RISE + T_AMB

Wo:

T_TEMP ist die Leiterbahntemperatur [°C], T_RISE ist der maximal gewünschte Temperaturanstieg [°C], T_AMB ist die Umgebungstemperatur [°C].

Widerstandsberechnung

Wandeln Sie zunächst den Querschnittsbereich von [mils²] in [cm²] um:

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

Berechnung des Spannungsabfalls

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]

Berechnung der Leistungsaufnahme

Die Leistungsaufnahme 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

Eingaben

I = 10 A

T = 2 mil

T_RISE = 20 °C

T_AMB = 25 °C

L = 10 Zoll

Ausgabe

Querschnittsbereich = 256,27 mils²

Leiterbahnbreite = 128,13 mil

Zusätzliche Ausgabe

Leiterbahntemperatur = 45 °C

Widerstand = 0,0282 Ω

Spannungsabfall = 0,282 V

Leistungsaufnahme = 2,82 W

Beispiel 2

Eingaben

I = 8 A

T = 3 oz/ft²

T_RISE = 86 °F

T_AMB = 27 °C

L = 10 Zoll

Ausgabe

Querschnittsbereich = 147,29 mils²

Leiterbahnbreite = 35,63 mil

Zusätzliche Ausgabe

Leiterbahntemperatur = 57 °C

Widerstand = 0,0511 Ω

Spannungsabfall = 0,409 V

Leistungsaufnahme = 3,27 

Referenz

[1] IPC-2221A "Generischer Standard für das Design von Leiterplatten"