PCB-Leiterbahnbreitenrechner (intern)

Leiterbahnbreite:

Leiterbahntemperatur:

Widerstand:

Spannungsabfall:

Verlustleistung:

Basierend auf den in IPC-2221 gefundenen Diagrammen berechnet dieses Tool die Breite eines internen Traces, der erforderlich ist, um den angegebenen Strom zu tragen. Ebenfalls berechnet werden die Temperatur, der Widerstand, der Spannungsabfall und die Leistungsabgabe des Traces.

Dieses Tool basiert auf den Formeln und Diagrammen, die im Standarddokument [1] enthalten sind, und berechnet die Dicke einer Kupferleiterplatte, die erforderlich ist, um einen bestimmten 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 Gesamtleiterbahntemperatur, den Widerstand, den Spannungsabfall und die Leistungsdissipation (Leistungsverlust) zu berechnen. Berechnung der Leiterbahnbreite 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 Innenlagen wie folgt: k = 0,024 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

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

Spannungsabfallberechnung

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]

Leistungsdissipationsberechnung

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

Eingaben

I = 5 A
T = 4 oz/ft²
T_RISE = 15 °C
T_AMB = 27 °C
L = 12 cm

Ausgabe

Querschnittsfläche = 305,16 mils²
Leiterbahnbreite = 55,36 mil

Zusätzliche Ausgabe

Leiterbahntemperatur = 42 °C
Widerstand = 0,011 Ω
Spannungsabfall = 0,055 V
Leistungsdissipation = 0,275 W

Beispiel 2

Eingaben

I = 10 A
T = 2 mil
T_RISE = 50 °F
T_AMB = 22 °C
L = 5 Zoll

Ausgabe

Querschnittsfläche = 1015,33 mils²
Leiterbahnbreite = 507,65 mil

Zusätzliche Ausgabe

Leiterbahntemperatur = 32 °C
Widerstand = 0,0034 Ω
Spannungsabfall = 0,034 V
Leistungsdissipation = 0,34 W

Referenz

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

Zusätzliche Ressourcen

• IPC-2221