Calculs de la largeur de trace et du jeu

Quel est le calcul derrière les traces et les calculs de clairance? Je suis en train de concevoir un PCB, qui transportera 12V et 6A, quelle devrait être la largeur de trace et le dégagement de trace?

De même, que devrait-il être pour 12V 3A et 5V 3A. Existe-t-il une règle générale, à l'aide de laquelle nous pouvons décider de la largeur et du dégagement des traces?

Il s'agit en fait de deux questions distinctes. Ce sont les tensions du circuit qui déterminent les exigences de dégagement, tandis que les niveaux de courant déterminent les exigences de largeur (et d'épaisseur).

Largeur de trace

S'agissant de ce dernier en premier, ce sont la largeur et l'épaisseur d'une trace de cuivre sur un PCB qui déterminent sa section transversale, de la même manière que le diamètre pour un fil ordinaire. La section transversale détermine sa résistance par unité de longueur, à quel point, c'est à vous de décider deux choses:

• Quelle chute de tension (ΔV = I × R) pouvez-vous tolérer d'un bout à l'autre de la trace?

• Combien de chauffage de la trace (Power = I ² R) pouvez-vous tolérer?

L'un ou l'autre de ceux-ci sera le facteur limitant pour chaque trace.

Par exemple, vous pourriez avoir "1 oz". cuivre sur votre PCB. Il s'agit d'une notation abrégée pour «1 once de cuivre par pied carré», ce qui se traduit par une épaisseur de 1,38 mils ou 0,035 mm. Une trace de 10 mils (0,254 mm) de large a alors une section transversale de 13,8 mil ^2, ce qui équivaut à peu près à un fil AWG38. Il aura une résistance d'environ 0,75 Ω / ft. et la capacité actuelle est de l'ordre de 10s de mA.

Pour gérer des courants plus élevés, vous pouvez sélectionner "2 oz". cuivre (0,070 mm d'épaisseur) et utilisent des traces qui sont, disons, 100 mils (2,54 mm) de large. Cela vous donne une surface en coupe transversale de 276 mil ^2, ce qui équivaut à peu près à un fil AWG24.

Notez que puisque les traces sur un PCB sont très plates et larges, elles sont en réalité bien meilleures pour éliminer la chaleur de l'environnement que le fil circuilaire équivalent. Donc, pour autant que je pertes ² R, vous pouvez mettre beaucoup plus de courant à travers une trace de PCB - mais vous devez toujours faire attention à l'augmentation de la température et à la gestion thermique associée.

Dégagement

L'espacement requis entre les conducteurs est déterminé par la différence de tension entre eux et la quantité de courant de fuite que vous pouvez tolérer. Le courant de fuite est principalement associé à la contamination de surface du PCB (par exemple, le flux résiduel, ainsi que la poussière accumulée, l'humidité, etc.).

Une directive provient des services de test de sécurité tels que UL, qui nécessitent une ligne de fuite de 5 mm par kilovolt pour les circuits censés être «isolés» les uns des autres (groupe de matériaux I, degré de pollution 2 de UL840 ).

De toute évidence, cette directive donne de très petites valeurs pour les basses tensions (0,05 mm ou 0,002 pouces à 10 V), de sorte que le facteur limitant devient en fait les largeurs de ligne / espace dont votre fabrique de PCB est capable.

Outre l'excellente réponse de Dave, vous voudrez peut-être examiner la norme IPC-2152, qui définit la «Norme pour la détermination de la capacité de transport de courant dans la conception de cartes imprimées».

La seule norme de l'industrie pour déterminer les tailles de conducteurs internes et externes appropriées sur les cartes imprimées en fonction de la capacité de charge actuelle requise et de l'élévation acceptable de la température du conducteur. Ce document fournit des conseils sur la façon dont la conductivité thermique, les vias, les plans en cuivre, la dissipation de puissance et le matériau et l'épaisseur de la carte imprimée prennent tous en compte la relation entre le courant, la taille du conducteur et la température. 97 pages. Publié en août 2009.

Il peut être acheté ici.

Mais il existe des calculatrices pratiques comme la boîte à outils PCB Saturne