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PCB-Leiterbahnbreitenrechner (IPC-2221/IPC-2152)

Berechnen Sie die minimale Leiterbahnbreite für einen bestimmten Strom, Kupfergewicht und Temperaturanstieg gemäß den Standards IPC-2221 und IPC-2152. Beinhaltet Widerstand und Spannungsabfall.

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Formel

A = \left(\frac{I}{k \cdot \Delta T^b}\right)^{1/c}

Referenz: IPC-2221B Section 6.2; IPC-2152

A— Cross-sectional area (mil²) (mil²)
I— Current (A)
ΔT— Temperature rise above ambient (°C)
k,b,c— IPC-2221 empirical coefficients

Wie es funktioniert

Der Leiterbahnbreitenstromrechner ist ein wichtiges Instrument zur Bestimmung der geeigneten Leiterbreite, um elektrischen Strom sicher zu leiten, ohne einen übermäßigen Temperaturanstieg zu verursachen. Diese Berechnung basiert auf dem IPC-2221-Standard und berücksichtigt die grundlegenden thermischen Beschränkungen von Leiterbahnen auf Leiterplatten. Die Formel berücksichtigt wichtige Parameter wie Strom (I), Temperaturanstieg (ΔT), Kupferdicke und Wärmeleitfähigkeitskonstante (k). Die mathematische Beziehung berücksichtigt die nichtlinearen Wärmeableitungseigenschaften von Leiterplattenleitern, die von der Leiterbahngeometrie, den Materialeigenschaften und den Umgebungsbedingungen abhängen. Ingenieure müssen die Leiterbahnbreite ausbalancieren, um den Widerstand zu minimieren, Spannungsabfälle zu verhindern und sicherzustellen, dass der Leiter der zu erwartenden Strombelastung standhält, ohne thermische Schäden oder Leistungseinbußen zu riskieren.

Bearbeitetes Beispiel

Lassen Sie uns die Leiterbahnbreite für eine 2-Unzen-Kupfer-PCB-Leiterbahn berechnen, die 2 Ampere mit einem maximalen Temperaturanstieg von 10 °C trägt. Gehen wir davon aus, dass k = 0,048 und eine Kupferdicke von 0,0035 Zoll beträgt: W = [2/(0,048 · 10^0,44)] ^ (1/0,725)/(0,0035 · 1,378) ≈ 0,141 Zoll (3,58 mm). Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass eine Leiterbahnbreite von etwa 3,6 mm für die gegebenen Strom- und Temperaturbeschränkungen angemessen wäre und ein sicheres und zuverlässiges Leiterdesign gewährleistet.

Praktische Tipps

  • ✓Verwenden Sie immer IPC-2152 für genauere Strombelastungsberechnungen
  • ✓Berücksichtigen Sie bei der Dimensionierung der Leiterbahnen das tatsächliche Leiterplattenlayout und das Wärmeman
  • ✓Verwenden Sie breitere Leiterbahnen für kritische Strom- und Erdverbindungen

Häufige Fehler

  • ✗Vernachlässigung der Auswirkungen des Temperaturanstiegs auf die aktuelle Kapazität
  • ✗Verwendung von Berechnungen der einlagigen Leiterbahnbreite für mehrlagige Leiterplatten
  • ✗Ignorieren thermischer Effekte benachbarter Leiterbahnen und des Leiterplattenlayouts

Häufig gestellte Fragen

IPC-2221 bietet generische PCB-Designstandards, einschließlich Richtlinien für Leiterbahnbreite und Stromtragfähigkeit auf der Grundlage der thermischen Leistung und der Leitergeometrie.
Dickeres Kupfer ermöglicht einen höheren Stromfluss, da es eine größere Querschnittsfläche und eine verbesserte Wärmeableitung bietet, was sich direkt auf die Berechnung der Leiterbahnbreite auswirkt.
Ein Temperaturanstieg weist auf eine potenzielle thermische Belastung hin und kann sich auf den Leiterwiderstand, die Signalintegrität und die langfristige Zuverlässigkeit der Leiterplatte auswirken.
Der Rechner bietet eine allgemeine Richtlinie, aber bestimmte Leiterplattendesigns erfordern möglicherweise eine detailliertere thermische Analyse und eine professionelle technische Bewertung.
Die Norm enthält konservative Schätzungen und berücksichtigt möglicherweise nicht komplexe mehrlagige Leiterplatten, fortschrittliche Kühltechniken oder spezielle Herstellungsverfahren.

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