Расчет ширины проводника на печатной плате

Максимальный ток, который может пропускать дорожка на печатной плате, зависит от ее ширины. Именно по этой причине инженеры в своих проектах определяют ширину проводников. Требуется вычислять ширину проводника на печатной плате, учитывая следующую информацию: максимальный ток, толщину дорожки, повышение температуры, температуру окружающей среды и длину. Также можно рассчитать сопротивление дорожки печатной платы, падение напряжения и рассеивание мощности.

 

 

Формулы

, где

l S – площадь сечения дорожки, мил²;

l T - толщина дорожки, в унциях;

l 1,378 мил/унция.

 

где

l Δt – изменение температуры, в градусах;

l k, b, c – константы из стандарта IPC-2221:

 для внешних слоев: k = 0.048, b = 0.44, c = 0.725;

 для внутренних слоев: k = 0.024, b = 0.44, c = 0.725.

Величину токовой нагрузки одиночных проводников из медной фольги с постоянной шириной и сечением s можно ориентировочно определить по графику.

Для проводников, расположенных на расстоянии, меньшем их ширины, или на внутренних слоях печатной платы, а также для проводников, выполненных из гальванически осажденной меди, величину допустимой токовой нагрузки следует уменьшить на 15...20%.

t — ширина печатного проводника, s — площадь сечения проводника, I — допустимый ток.

Работа с графиком простая. Например, надо определить ширину проводника для тока 4А. Выбираем на оси тока I значение тока 4А – синяя линия, ведем вверх до выбранной вами рабочей температуры (45?С), едем влево до значения толщины меди вашего стеклотекстолита (50мкм), падаем вниз и получаем толщину печатного проводника – 0,6мм.

Зная ширину печатной дорожки, можно определить максимальный ток для этого проводника. На оси ширины печатного проводника – t, выбираем значение ширины вашего проводника (например два миллиметра – красная линия), а дальше все также, но в обратную сторону. Получаем примерно пять ампер.

 

Домашнее задание

Задача 1. Рассчитать номинал и мощность резистора для подключения.

A. Одного зеленого светодиода к источнику напряжения 6,7 В

B. Двух белых светодиодов к источнику напряжения 9,5 В при последовательном подключении

C. Шестнадцати красных светодиодов к источнику напряжения 12,7 В при последовательно-параллельном подключении пересмотреть

Задача 2. Рассчитать номиналы резисторов для делителя напряжения:

A. Из напряжения 15 В требуется получить 12,7 В, при номинале одного резистора 220 Ом

B. Из напряжения 7,2 В требуется получить 3,2 В, при номинале одного резистора 82 Ом

C. Произвести оба расчета делителей выше, при условии тока нагрузки 6 мА.

Задача 3. Произвести расчёт времени заряда конденсатора до 95%:

A. 4,7 мкФ при сопротивлении 62 Ом

B. 6.8 мкФ при сопротивлении 750 Ом

C. 1,5 нФ при сопротивлении 1,2 кОм

 

*Составить в сервисе EasyEDA принципиальные схемы рассчитанных электрических цепей.

**Выполнить сборку схем из первой задачи на макетной (беспаечной) плате из приложенной компонентной базы и оценить работоспособность.

 

 

Дополнительные материалы

1. Расчет мощности резистора

2. Делитель напряжения

3. Заряд и разряд конденсатора

4. RC-цепь. Дифференцирующие и интегрирующие RC-цепи.

5. Расчет элементов печатного монтажа

6. Расчет ширины печатного проводника в зависимости от тока

7. ГОСТ Р 55693-2013 Платы печатные жесткие. Технические требования, ГОСТ Р от 22 ноября 2013 года №55693-2013

 

Используемые источники

1. Занимательная электроника. Ревич Ю. В. 2018 стр. 146-149. Светодиоды.

2. Расчет токоограничивающего резистора для светодиода

3. Делитель напряжения

4. Занимательная электроника. Ревич Ю. В. 2018 стр. 92-103. Конденсаторы. Интегрирующие и дифференцирующие цепи.

5. Проектирование печатных плат для высокоскоростных интерфейсов. Часть 1