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Diseño de placas de circuito impreso para grandes amperios

Estoy haciendo una caja de distribución de energía de 12V, y es la primera vez que trabajo con altas corrientes. Es para un barco, y la idea es llevar la baja potencia hasta el panel de interruptores y tener los cables de alta potencia lo más cortos posible.

Esquema simplificado:

Simplified schematic

La entrada en X1-1, F1 es un fusible de acción rápida de 25A, K1 es un interruptor de relé y finalmente la salida X2-1. Lo ideal sería sustituir el X1-1 por una barra de cobre soldada a la PCB para distribuir la energía a los 10 circuitos de encendido y apagado similares que tengo. 250A es demasiado para cualquier PCB supongo... :)

La traza con calculadora dice que necesito un ancho de traza de 25,5mm. Pero la traza del X1-1 al F1 es de menos de 10 mm, y será una fea mancha de cobre de 10 mm de largo y 25,5 mm de ancho.

Espero que alguien pueda ayudarme a hacer las cuentas aquí.


Ok, mis matemáticas desde aquí asumen un 2oz ( \$70\mu m\$ ), de una sola cara y utilizando componentes con agujeros pasantes y aire quieto 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\times 12.7mm\$ es demasiado pequeño para disipar la energía adecuadamente. Si utilizo un \$35\mu m\$ tablero de cobre y duplicar el área obtengo el \$\Delta T\$ hasta cerca de \$47^\circ C\$ .

¿Son correctos mis cálculos? Si es así, ¿también tendrá el mismo rendimiento después de construirlo?

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Stephen Denne Puntos 218

Otra opción que tienes es dejar las trazas al descubierto con soldermask.

Entonces, puedes aumentar efectivamente el grosor de la traza con soldadura cuando estés montando la placa.

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Rastros completamente desnudos

Otra alternativa es dejar la máscara de soldadura fuera de las trazas, y luego soldar un cable de cobre adicional sobre ellas durante el montaje. enter image description here
Yo mismo he hecho esto con solderwick.

5voto

RWH Puntos 21

Si F1 y K1 son piezas con agujeros pasantes, podrías poner dos pistas en paralelo, una en cada lado de la placa. Cada pista tendría una anchura aproximada de 10 a 15 mm.

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

Además, ten en cuenta que para distancias tan cortas, la aglomeración de corriente para llegar a los pines individuales de tus componentes puede dominar la resistencia general de la conexión. El uso de orificios más grandes (que requieren componentes con cables más grandes) ayudará a solucionar este problema.

Editar

En primer lugar, no estoy seguro de cómo funciona esto, pero este tabla de ampacidades afirma que una traza de 0,25 pulgadas en cobre de 2 onzas es suficiente para transportar 24,5 A con un aumento de temperatura de 30 C. Esto es alrededor de 1/4 de la cifra que usted propone (25 mm). Desgraciadamente, la fuente no aclara las suposiciones de sus cálculos.

En segundo lugar, las matemáticas que has añadido en tu edición parecen estar bien.

Como ves, aumentar el área de cobre te permite disipar más calor. No hay ninguna razón por la que sólo debas aumentar el área aumentando el ancho de la traza. Puedes simplemente crear una gran área de cobre de la forma que sea conveniente cuanto más se acerque a un simple cuadrado o círculo, mejor), siempre y cuando conecte tu entrada y salida, y el calor se extenderá 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, no es probable que ningún cálculo de la envolvente sea especialmente preciso para este tipo de estimaciones térmicas. Si realmente quiere obtener una buena estimación, debería buscar una herramienta de análisis térmico como FloTherm o Ansys IcePak. Estas herramientas mejorarán la capacidad de estimar los efectos de la convección con precisión y tendrán en cuenta los "efectos de borde" que entran en juego porque la "longitud de la traza" es mucho más corta que la "anchura de la traza".

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