Führt die Leiterplatte einen Strom von 100 A? Tipps zur Konfiguration des Hochstrompfads

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2022-03-16 240

Der übliche Leiterplattenstrom überschreitet 10 A, oft sogar nur 5 A. Insbesondere bei Haushalts- und Unterhaltungselektronik liegt der Dauerstrom auf der Leiterplatte üblicherweise unter 2 A. Kürzlich mussten wir jedoch die Stromversorgung für die Produkte unseres Unternehmens planen, bei der der Dauerstrom bis zu 80 A erreichen kann. Unter Berücksichtigung des kurzzeitigen Stroms und einer Sicherheitsreserve für das Gesamtsystem sollte die Stromversorgung einen Dauerstrom von über 100 A aushalten.

Dann tritt das Problem auf.Welche Art von Leiterplatte kann einem Strom von 100 A standhalten?

Methode 1: Leiterbahnführung auf der Leiterplatte

Um die Überstromfestigkeit von Leiterplatten zu ermitteln, beginnen wir zunächst mit der Leiterplattenstruktur.Nehmen wir als Beispiel eine doppellagige Leiterplatte. Diese Art von Leiterplatte hat üblicherweise einen dreilagigen Aufbau: Kupfer, Trägerplatte und Kupfer.Kupfer ist der Leiter, durch den Strom und Signale auf der Leiterplatte fließen. Gemäß dem Physikunterricht der Mittelstufe wissen wir, dass der Widerstand eines Objekts vom Material, der Querschnittsfläche und der Länge abhängt.Der Strom fließt durch das Kupfer, daher ist der spezifische Widerstand konstant.Die Querschnittsfläche entspricht der Dicke des Kupferblechs, also der Kupferdicke bei der Leiterplattenfertigung. Üblicherweise wird die Kupferdicke in OZ angegeben. Umgerechnet entspricht 1 OZ 35 µm, 2 OZ 70 µm usw. Daraus lässt sich leicht folgende Schlussfolgerung ziehen:Wenn ein hoher Strom durch die Leiterplatte fließen muss, müssen die Leiterbahnen kurz und dick sein. Gleichzeitig gilt: Je dicker die Kupferschicht der Leiterplatte, desto besser.

In der Praxis gibt es keine strikte Norm für die Kabellänge. Üblicherweise wird in der Praxis Folgendes verwendet:Kupferdicke/Temperaturanstieg/DrahtdurchmesserDiese drei Indikatoren werden verwendet, um die Strombelastbarkeit der Leiterplatte zu messen.

Die folgenden beiden Tabellen können als Referenz dienen:

Aus der Tabelle lässt sich grob ableiten, dass bei einer 1 Unze dicken Kupferleiterplatte ein 100 mil (2.5 mm) breiter Draht bei einer Temperaturerhöhung von 10 °C einen Strom von 4.5 A leiten kann. Mit zunehmender Drahtbreite steigt die Strombelastbarkeit der Leiterplatte nicht streng linear an, sondern nimmt langsam ab, was der Situation in der Praxis entspricht.Durch eine Erhöhung des Temperaturanstiegs kann auch die Stromtragfähigkeit des Drahtes verbessert werden.

Anhand dieser beiden Tabellen lassen sich folgende Erfahrungen im Bereich der Leiterplattenverdrahtung gewinnen:Eine Erhöhung der Kupferdicke, ein größerer Drahtdurchmesser und eine verbesserte Wärmeableitung der Leiterplatte können die Strombelastbarkeit der Leiterplatte erhöhen.

Wenn ich also einen Strom von 100 A leiten möchte, kann ich eine Kupferdicke von 4 oz wählen, die Leiterbahnbreite auf 15 mm einstellen, doppelseitige Leiterbahnen verwenden und einen Kühlkörper hinzufügen, um den Temperaturanstieg der Leiterplatte zu reduzieren und die Stabilität zu verbessern.

Methode 2: Bindepfosten

Neben der Drahtführung auf der Leiterplatte können Sie auch Anschlussklemmen verwenden.Wegbeschreibung.

Bringen Sie mehrere Anschlussklemmen an der Leiterplatte oder dem Gehäuse an, die für 100 A ausgelegt sind, z. B. SMD-Muttern, Leiterplattenklemmen, Kupferklemmen usw. Verbinden Sie anschließend die für 100 A ausgelegten Drähte mit diesen Klemmen mithilfe von Kupferklemmen. Dadurch können hohe Ströme durch die Drähte fließen.

Methode 3: Kundenspezifische Kupferreihen

Sogar maßgefertigte Kupfersammelschienen können hergestellt werden.In der Industrie ist es gängige Praxis, Kupferschienen zur Übertragung hoher Ströme zu verwenden. Beispielsweise werden Kupferschienen in Transformatoren, Serverschränken und anderen Anwendungen zur Übertragung hoher Ströme eingesetzt.

Anbei finden Sie die Tabelle zur Strombelastbarkeit der Kupferbank:

Methode 4: Spezialverfahren

Darüber hinaus gibt es einige spezielle Leiterplattenverfahren, die von inländischen Herstellern möglicherweise nicht durchgeführt werden können.Infineon hat eine Leiterplatte, die 3 verwendetDie Kupferschichtkonstruktion besteht aus zwei Lagen: Die obere und untere Lage bilden die Signalverdrahtungsebenen, die mittlere Lage ist 1.5 mm dick.Die mm Kupferschicht wird speziell für das Layout von Stromversorgungen verwendet. Diese Leiterplatte kann problemlos einen Überstrom von 100 A auf kleinem Raum erreichen.A oder besser.

EMV-Meldung:Mit dem Fortschritt der Zeit müssen immer mehr elektronische und elektrische Geräte oder Systemprodukte geprüft und getestet werden.EMV-Prüfungen gehören zu den notwendigen Prüfindikatoren. Allerdings sind EMV-Prüfprojekte relativ kostspielig, der Aufbau von EMV-Laboren teuer, und die meisten Messgeräte müssen importiert werden. Daher verfügen nur wenige Prüfinstitute über die Kapazitäten zum Aufbau solcher Labore. Die EMV-Eigenschaften eines Produkts werden bereits in der Designphase festgelegt. Werden EMV-Faktoren bei der Entwicklung elektronischer Produkte nicht berücksichtigt, führt dies leicht zum Scheitern der EMV-Prüfung und somit zum Nichtbestehen der relevanten EMV-Vorschriften. Beispielsweise entwickeln Produktdesigner und F&E-Ingenieure bedarfsgerechte, effektive Filterschaltungen und platzieren diese im Vorverstärker der I/O-Schnittstelle (Ein-/Ausgang) des Produkts. Dadurch werden leitungsbedingte Störungen am Systemeingang eliminiert. Zudem werden Isolationsschaltungen (z. B. Transformator- und Fotoisolierung) entwickelt, um leitungsbedingte Störungen über Strom-, Signal- und Erdungsleitungen zu unterbinden und gleichzeitig Störungen durch Netzimpedanz und Fernübertragung zu verhindern. Energieabsorptionsschleifen entwerfen, um die von Schaltungen und Geräten absorbierte Rauschenergie zu reduzieren; die Auswirkungen von Störungen durch die Auswahl von Bauteilen und die rationale Anordnung von Schaltungssystemen verringern.

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