Diseño de PCB para alto amperio

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Estoy haciendo una caja de distribución de energía de 12 V, y es la primera vez que trabajo con corrientes altas. Esto es para una embarcación, y la idea es correr con poca potencia hasta el panel del interruptor y tener los cables de alta potencia lo más cortos posible.

Esquema simplificado:

La entrada en X1-1, F1 es un fusible de acción rápida de 25 A, K1 es un interruptor de relé y, finalmente, la salida X2-1. Idealmente, el X1-1 debe reemplazarse con una barra de cobre soldada a la PCB para distribuir energía a los 10 circuitos de encendido / apagado similares que estoy teniendo. 250A es demasiado para cualquier PCB, supongo ... :)

La traza con calculadora dice que necesito un ancho de traza de 25.5 mm. Pero la traza desde el X1-1 hasta la F1 es inferior a 10 mm, y será una mancha fea de cobre de 10 mm de largo y 25,5 mm de ancho.

Espero que alguien pueda ayudarme a hacer los cálculos aquí.

De acuerdo, mis cálculos desde aquí suponen un tablero de 2 oz (\ $ 70 \ mu m \ $), de una cara y con componentes de orificio pasante y aire en pie como ambiente:

$$ R = \ frac {\ rho \ times l} {w \ times h} = \ frac {1.7 \ times 10 ^ {- 8} \ times 10mm} {12.7mm \ times 70 \ mu m} = 191.23 \ mu \ Omega $$ $$ U_ {trace} = RI = 191.23 \ mu \ Omega \ times 25A = 4.78mV $$ $$ P_ {trace} = IU = 25A \ times4.78mV = 119.5mW $$ $$ \ Delta T = \ frac {P} {Sa \ times h} = \ frac {119.5mW} {(1cm \ times1.27cm) \ times 0.001W / cm ^ 2 / ^ \ circ C} = 94.1 ^ \ circ C $$

Parece que mi \ $ 10 \ veces 12.7mm \ $ blob es demasiado pequeño para disipar el poder adecuadamente. Si uso un tablero de cobre \ $ 35 \ mu m \ $ y duplico el área, obtengo el \ $ \ Delta T \ $ hasta aproximadamente \ $ 47 ^ \ circ C \ $.

¿Son correctos mis cálculos? Si es así, ¿también funcionará igual después de que lo construya?

    
pregunta rozon

2 respuestas

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Si F1 y K1 atraviesan partes de orificios, podría poner dos pistas en paralelo, una a cada lado del tablero. Cada pista tendría aproximadamente 10 a 15 mm de ancho.

Otra opción, no dibujar la conexión como una pista sino como un polígono o relleno. La mayor parte de la corriente seguirá el camino más corto, pero el área adicional ayudará a disipar el calor.

Además, tenga en cuenta que, para distancias tan cortas, la aglomeración actual para llegar a los pines individuales de sus componentes puede dominar la resistencia general de la conexión. El uso de agujeros más grandes (que requieren componentes con cables más grandes) ayudará con esto.

Editar

Primero, no estoy seguro de cómo se reproduce esto, pero esta tabla de ampacity reclama una traza de 0.25 pulgadas en 2 El oz de cobre es suficiente para transportar 24.5 A con un aumento de temperatura de 30 ° C. Esto es aproximadamente 1/4 del número que está obteniendo (25 mm). Desafortunadamente, la fuente no está clara sobre qué suposiciones incluyeron en sus cálculos.

Segundo, las matemáticas que agregaste en tu edición se ven bien.

Como ve, aumentar el área de cobre le permite disipar más calor. No hay ninguna razón por la que solo deba aumentar el área aumentando el ancho del trazado. Simplemente puede crear un área grande de cobre de cualquier forma que sea conveniente cuanto más se acerque a un cuadrado o círculo simple, mejor), siempre que conecte su entrada y salida, y el calor se propague fácilmente para permitir la disipación en toda el área ( con, por supuesto, cierta concentración en la región donde realmente se está generando el calor).

En tercer lugar, es probable que ningún cálculo de la parte posterior del sobre sea especialmente preciso para este tipo de estimaciones térmicas. Si realmente desea obtener una buena estimación, debe buscar en una herramienta de análisis térmico como FloTherm o Ansys IcePak. Estas herramientas mejorarán la capacidad de estimar con precisión los efectos de convección y tendrán en cuenta los "efectos de borde" que entran en juego porque su "longitud de trazado" es mucho más corta que su "ancho de rastreo".

    
respondido por el The Photon
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Otra opción que tienes es dejar las huellas descubiertas con la máscara de soldadura.

Luego, puede aumentar efectivamente el grosor de la traza con soldadura cuando esté ensamblando la placa.


Rastros completamente vacíos

Otra alternativa es dejar la máscara de soldadura fuera de las trazas y luego soldar un cable de cobre adicional sobre ellas durante el ensamblaje.
He hecho esto con Solderwick, yo mismo.

    
respondido por el Connor Wolf

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