Qual é a matemática por trás dos traços e dos cálculos de folga? Estou projetando uma placa de circuito impresso, que carrega 12V e 6A, o que deve ser a largura e a folga do traço?
Da mesma forma, o que deve ser para 12V 3A e 5V 3A. Existe uma regra geral, usando a qual podemos decidir a largura e a folga do traço?
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Respostas:
Na verdade, são duas perguntas separadas. São as tensões do circuito que determinam os requisitos de folga, enquanto os níveis de corrente determinam os requisitos de largura (e espessura).
Largura de Rastreio
Lidando com o último primeiro, é a largura e a espessura de um traço de cobre em uma PCB que determina sua área de seção transversal, da mesma maneira que o diâmetro de um fio comum. A área de seção transversal determina sua resistência por unidade de comprimento; nesse ponto, cabe a você decidir duas coisas:
Quanta queda de tensão (ΔV = I × R) você pode tolerar de uma extremidade à outra?
Quanto aquecimento do traço (Potência = I 2 R) você pode tolerar?
Um ou outro desses fatores será o fator limitante para cada rastreamento.
Por exemplo, você pode ter "1 oz". cobre no seu PCB. Essa é uma notação abreviada de "1 onça de cobre por metro quadrado", que se traduz em uma espessura de 1,38 mils ou 0,035 mm. Um traço de 10 mils (0,254 mm) de largura, portanto, possui uma área de seção transversal de 13,8 mil 2, que é aproximadamente equivalente a um fio AWG38. Ele terá uma resistência de cerca de 0,75 Ω / ft. e a capacidade atual é da ordem de 10s de mA.
Para lidar com correntes mais altas, você pode selecionar "2 onças". cobre (0,070 mm de espessura) e use traços com, digamos, 100 mils (2,54 mm) de largura. Isso fornece uma área de seção transversal de 276 mil 2, que é aproximadamente equivalente a um fio AWG24.
Observe que, como os traços em uma placa de circuito impresso são muito planos e amplos, eles são realmente muito melhores em eliminar o calor do ambiente do que o fio circuilar equivalente. No que diz respeito às perdas de I 2 R, é possível colocar muito mais corrente através de um rastreamento de PCB - mas você ainda precisa prestar atenção ao aumento da temperatura e ao gerenciamento térmico associado.
Liberação
O espaçamento necessário entre os condutores é determinado pela diferença de tensão entre eles e a quantidade de corrente de fuga que você pode tolerar. A corrente de vazamento está principalmente associada à contaminação da superfície da placa de circuito impresso (por exemplo, fluxo residual, assim como poeira acumulada, umidade etc.).
Uma diretriz vem de serviços de teste de segurança como UL, que requer uma distância de fluência de 5 mm por quilovolt para circuitos que deveriam estar "isolados" um do outro (grupo de materiais I, grau de poluição 2 de UL840 ).
Obviamente, esta diretriz fornece valores muito pequenos para tensões baixas (0,05 mm ou 0,002 pol. A 10 V), de modo que o fator limitante se torna realmente a largura da linha / espaço que sua casa fabulosa de PCB é capaz.
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Além da excelente resposta de Dave, você pode consultar o padrão IPC-2152, que define o "Padrão para determinar a capacidade de carga de corrente no design de placas impressas".
Pode ser adquirido aqui.
Mas existem calculadoras úteis disponíveis, como o kit de ferramentas Saturn PCB
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