电源设计中承载电流的铜宽度要求

当我在大学学习电气工程时，数学非常重要。我的数学教授非常勤奋，以至于他会参加其他课程，看看他需要教我们的课程是否涉及数学以使我们的生活更轻松。他不止一次改变了他的课程计划，将其他课程的数学主题结合起来，所以我很感激他如此热情。

当我成为电源应用工程师时，我很快了解到所有组件中都存在寄生效应。当包含这些寄生参数时，计算最佳拟合分量的公式变得越来越复杂。有时，简化的公式甚至经验法则至少可以帮助我接近结果，使我能够通过反复试验找到最合适的可用组件。

然而，我永远无法使用数学的一个问题是在决定最佳布局时。我仍然没有一个非常好的仿真工具可以准确预测哪种布局最适合我想要设计的特定电源。如果 IC 包含多个转换器，例如 LCD（液晶显示器）或 OLED（有机发光二极管）显示电源产品，我的困境会变得更糟。原理图中未显示的布局的寄生效应确实会影响电路的性能，甚至可能导致电源出现危险故障。所以第一次正确设置layo=ut很重要。

在进行布局时要记住的一种寄生效应是走线或平面电阻。这是我学会的一个经验法则来估计它：数平方。

我第一次布局电源设计时就了解了这条规则。我记得当时有点困惑，因为我无法相信它会如此简单，但它确实如此；我什至可以用数学来告诉你这是真的。

公式 1 计算铜的电阻：

   (1)

图 1 显示了印刷电路板 (PCB) 顶部的一块铜。

图 1：电源设计中承载电流的铜片

假设电流沿l从左向右流动， 并均匀分布在区域A 中。在这种情况下，等式 1 变为等式 2：

      (2)

我们现在可以看到，这块铜的电阻与尺寸l无关 。所以现在 PCB 上的电阻公式变为公式 3：

       (3)

其中 ρ 是众所周知的比铜电阻，PCB 的生产规格定义了铜的厚度。

这意味着无论l 有多大，电阻都保持不变。对于布局人员来说，知道这一点真的很好，因为如果我们想让电阻尽可能小，请使其尽可能宽和尽可能短。

PCB载流能力的计算一直缺乏权威的技术方法、公式，经验丰富CAD工程师依靠个人经验能作出较准确的判断。但是对于CAD新手，不可谓遇上一道难题。

PCB的载流能力取决与以下因素：线宽、线厚（铜箔厚度）、容许温升。大家都知道，PCB走线越宽，载流能力越大。假设在同等条件下，10MIL的走线能承受1A，那么50MIL的走线能承受多大电流，是5A吗？答案自然是否定的。请看以下来来自国际权威机构提供的数据：

供的数据：

线宽的单位是：Inch（1inch=2.54cm=25.4mm）

我们可以根据要求的生产参数（见表 1）确定 PCB 上铜的厚度，并通过计算正方形来估计布局中特定铜片的电阻。

表 1：基于生产参数铜重量的铜厚度和电阻

假设我们的电线如图 2 所示。

图2

将其分成正方形，如图 3 所示。

图 3

假设我们可以将 10 个正方形放入我们的电线中，如图 3 所示。如果我们在 PCB 上使用 1oz 铜，则这根电线的电阻大约为 5mΩ。如果1A的电流通过这根导线，从一端到另一端的电压降为5mV。假设一端的电压为 1V，另一端的电压要小 0.5%——而这只是一根电线。将电线的宽度加倍，电阻减半。

导线的电流承载值与导线线的过孔数量焊盘存在的直接关系（目前没有找到焊盘和过孔孔径每平方毫米对线路的承载值影响的计算公式，有心的朋友可以自己去找一下，个人也不是太清楚，不在说明）这里只做一下简单的一些影响到线路电流承载值的主要因素。

1、在表格数据中所列出的承载值是在常温25度下的最大能够承受的电流承载值，因此在实际设计中还要考虑各种环境、制造工艺、板材工艺、板材质量等等各种因素。所以表格提供只是做为一种参考值。

2、在实际设计中，每条导线还会受到焊盘和过孔的影响，如焊盘教多的线段，在过锡后，焊盘那段它的电流承载值就会大大增加了，可能很多人都有看过一些大电流板中焊盘与焊盘之间某段线路被烧毁，这个原因很简单，焊盘因为过锡完后因为有元件脚和焊锡增强了其那段导线的电流承载值，而焊盘与焊盘之间的焊盘它的最大电流承载值也就为导线宽度允许最大的电流承载值。因此在电路瞬间波动的时候，就很容易烧断焊盘与焊盘之间那一段线路，解决方法：增加导线宽度，如板不能允许增加导线宽度，在导线增加一层Solder层（一般1毫米的导线上可以增加一条0.6左右的Solder层的导线，当然你也增加一条1mm的Solder层导线）这样在过锡过后，这条1mm的导线就可以看做一条1.5mm~2mm导线了。

因此，即使计算寄生电阻相对容易，但使用我的眼睛并估计适合电线的正方形数量对我来说要容易得多。