Calculateur de courant de fusion PCB Trace
Calculez le courant qui fusionnera une trace de PCB à l'aide de l'équation d'Onderdonk. Comprend la correction trapézoïdale du facteur de gravure, le temps de fusion à votre courant de fonctionnement et la marge de sécurité.
Formule
Référence: I. M. Onderdonk, as published in E. R. Stauffacher, "Short-time Current Carrying Capacity of Copper Wire", General Electric Review, 1928; IPC-2152 Appendix A
Comment ça marche
Il existe deux questions complètement différentes concernant la quantité de courant qu'une trace peut transporter, et les confondre détruit le matériel. L'IPC-2152 répond à quelle quantité de courant cette trace peut-elle transporter indéfiniment sans devenir trop chaud. L'équation d'Onderdonk répond à la quantité de courant qui fera fondre cette trace en un temps. Le second chiffre est beaucoup plus élevé et il s'agit d'une limite de destruction, pas d'une note.
Onderdonk a supposé que le défaut était suffisamment rapide pour qu'aucune chaleur ne s'échappe du conducteur. Chaque joule de est utilisé pour augmenter la température du cuivre jusqu'à ce qu'il atteigne le point de fusion. L'intégration de la résistivité du cuivre dépendante de la température à travers cette élévation adiabatique donne :
avec en miles circulaires, en secondes et des températures en °C. La 234 est la température de résistance nulle déduite du cuivre ; la 33 collecte sa densité, sa chaleur spécifique et sa résistivité pour ce système unitaire. À une température ambiante de 25 °C et une seconde, le terme complet en racine carrée est évalué à environ 0,1463 A par millimètre circulaire, soit le même chiffre que celui utilisé par la norme IEEE Std 80 pour les conducteurs de mise à la terre en cuivre.
La mise à l'échelle de la racine carrée inverse
Fusionner les échelles de courant comme racine carrée inverse de la durée. Une trace qui survit à 10 A pendant une seconde survit à environ 32 A pendant dix millisecondes. C'est pourquoi un court-circuit et une surcharge lente nécessitent des analyses totalement différentes.
Facteur de gravure
Les traces gravées ne sont pas rectangulaires. L'agent de gravure attaque aussi bien latéralement que vers le bas, laissant un trapèze plus étroit au sommet qu'à la base. Avec une pente latérale exprimée en élévation verticale par course horizontale, chaque côté perd de largeur, et la section transversale utilise la moyenne des largeurs supérieure et inférieure. Sur du cuivre de 2 oz avec une pente de 1 : 1, cela élimine une fraction significative du conducteur.
Où le modèle cesse d'être conservateur
Au-delà d'environ 1,5 s, l'hypothèse adiabatique s'effondre. Une trace est collée au laminé et est souvent adjacente à des plans de cuivre, qui absorbent tous la chaleur, de sorte que le courant de fusion réel sur de longues durées est plus élevé que ne le prédit Onderdonk. Brooks et Adam ont mesuré des traces de PCB qui mettent 1,5 à 6 fois plus de temps à fusionner que ne le prévoit l'équation, ce qui correspond à une survie d'environ 1,2 à 2,5 fois plus de courant. L'erreur est toujours dans la bonne direction, mais considérez les résultats à long terme comme une limite inférieure et mesurez si le plan en dépend.
Exemple Résolu
Problème : une trace de 0,5 mm de large et 1 oz contient 5 A. Un court-circuit en aval peut provoquer ce défaut pendant une seconde au maximum avant que la protection en amont ne disparaisse. La trace survivra-t-elle ?
Étape 1 - Zone transversale. Convertir en mils : L = 0,5 mm = 19,685 millièmes t = 35 um = 1,378 mil A = 19,685 * 1,378 = 27,13 milles carrés
Étape 2 - Convertir en mils circulaires (1 mil circulaire = pi/4 mil carré) : A = 27,13 * 4/pi = 34,54 mil circulaire
Étape 3 - Durée de température à 25 °C ambiantes : log10 [(1083 - 25)/(234 + 25) + 1] = log10 (4,085 + 1) = log10 (5,085) = 0,7062
Étape 4 - Courant de fusion pour S = 1 s : I = 34,54 carré (0,7062/33) = 34,54 0,14629 = 5,05 A
Étape 5 - Verdict. Le traçage fusionne à 5,05 A en une seconde et le défaut est de 5 A. La marge est de 1,01 fois, soit aucune. Cette trace échouera.
Étape 6 - Corrigez en élargissant. En multipliant la largeur par quatre, on obtient A = 138 millièmes circulaires et I_fuse = 20,2 A, soit une marge de quatre fois supérieure à la faille de 5 A.
Étape 7 - Comparaison avec la notation continue. L'IPC-2152 donne environ 1,4 A en continu pour la trace originale de 0,5 mm 1 oz à une augmentation de 10 °C. Notez à quel point les deux chiffres sont éloignés : 1,4 A pour toujours contre 5 A pour une seconde. Ne les confondez jamais.
Étape 8 - Effacement plus rapide. Si la protection disparaît en 100 ms, la même trace de 0,5 mm fusionne à 5,05 fois la racine carrée de dix, soit 16,0 A, et le défaut de 5 A a désormais une marge de 3,2 fois.
Conseils Pratiques
- ✓Visez une marge d'au moins quatre fois entre le courant de fusion et le pire courant de défaut autorisé par la protection.
- ✓Obtenez le temps de nettoyage réel à partir de votre fusible, de votre disjoncteur ou de votre circuit de limitation de courant. C'est la durée qui détermine la réponse plus que toute autre chose.
- ✓Incluez le facteur de gravure pour le cuivre de 2 oz et plus, où la pente de la paroi latérale supprime une fraction réelle de la section transversale.
- ✓Préférez un véritable fusible à une trace de fusible partout où la sécurité, la réparabilité ou la reproductibilité sont importantes.
- ✓Vérifiez la valeur nominale continue avec IPC-2152 et la valeur nominale de défaut avec Onderdonk. Les deux doivent réussir ; ce sont des échecs différents.
- ✓N'oubliez pas qu'une température ambiante plus chaude réduit le courant de fusion. Exécutez donc le calcul à la température interne maximale du boîtier, et non à la température ambiante.
Erreurs Fréquentes
- ✗Utilisation du courant de fusion comme valeur nominale continue. C'est le courant qui détruit la trace, généralement trois à quatre fois la figure continue IPC-2152. Dimensionnez plutôt le courant de fonctionnement normal avec IPC-2152.
- ✗Ignorer la durée de la panne. Le courant de fusion est échelonné comme un sur la racine carrée du temps, de sorte que la même trace tolère trois fois plus de courant pendant un dixième de la durée.
- ✗Appliquer le modèle adiabatique pour ralentir les surcharges. Après environ 1,5 s, la planche absorbe une quantité importante de chaleur et l'équation devient pessimiste d'un facteur de 1,2 à 2,5, ce qui est utile comme limite inférieure et non comme prédiction.
- ✗Conception d'une trace de fusible délibérée sans tenir compte de la tolérance à la gravure. La largeur, le poids du cuivre et le facteur de gravure varient tous, de sorte que le point de fusion réel peut se déplacer de dizaines de pour cent.
- ✗Oublier qu'une trace de fusible grillé évacue le cuivre fondu sur la carte et endommage souvent le laminé et les filets voisins.
Foire Aux Questions
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