一、一句话结论----------------------------------------------------------------------· 线宽 W 与铜厚 t 的乘积就是截面积 A W × t。· 持续载流由允许温升决定I k × ΔT^0.44 × A^0.725A 单位 mil²。· 线宽或铜厚单独翻倍载流约变为 1.65 倍要让载流翻倍截面积要约 2.6 倍线宽约 2.6 倍。· 电压不直接决定载流。同功率下电压越高、电流越小线可以更细但“允许压降”和“绝缘间距”会反过来限制线宽 / 间距。· 过载 / 熔断按绝热 I²tI ∝ A / √t熔断电流与电压基本无关电压决定断开后是否拉弧。二、四个基本公式----------------------------------------------------------------------1. 电阻R ρ × L / (W × t)ρ20 1.72×10^-8 Ω·m20 ℃ 铜ρ(T) ρ20 × [1 0.00393 × (T - 20)]2. 压降与功耗ΔV I × R压降率 ΔV / V系统 × 100%P损耗 I² × R ΔV × I3. 持续载流IPC-2221 近似I k × ΔT^0.44 × A^0.725A 单位 mil²1 mm² 1550 mil²k 0.048外层走线空气中、通风好k 0.024内层走线 / 无铜面 / 保守设计IPC-2152 保守曲线与 k0.024 基本一致走线连到大面积铜平面时实际能力比保守值高。4. 短时过载绝热近似I A × √(δ×c×ΔT/(ρ×t))≈ A × √(2.0×10^14 × ΔT / t)A 单位 m²t 单位 s。该式忽略散热适合毫秒到 1 s 级过载超过 1 s 按持续载流计算。三、线宽、铜厚与持续载流----------------------------------------------------------------------3.1 1 oz 外层走线35 µmk0.048W(mm) A(mil²) ΔT10K ΔT20K ΔT30K------------------------------------------------------------------------------0.15 8.1 0.60 A 0.82 A 0.98 A0.20 10.9 0.74 A 1.01 A 1.21 A0.25 13.6 0.88 A 1.19 A 1.42 A0.30 16.3 1.00 A 1.36 A 1.62 A0.40 21.7 1.23 A 1.67 A 2.00 A0.50 27.1 1.45 A 1.96 A 2.35 A0.75 40.7 1.94 A 2.63 A 3.15 A1.00 54.3 2.39 A 3.24 A 3.88 A1.50 81.4 3.21 A 4.35 A 5.20 A2.00 108.5 3.95 A 5.36 A 6.41 A3.00 162.8 5.30 A 7.20 A 8.60 A4.00 217.0 6.53 A 8.86 A 1 0.60 A3.2 2 oz 外层走线70 µmk0.048W(mm) A(mil²) ΔT10K ΔT20K ΔT30K-------------------------------------------------------------------------------0.15 16.3 1.00 A 1.36 A 1.62 A0.20 21.7 1.23 A 1.67 A 2.00 A0.30 32.6 1.65 A 2.24 A 2.68 A0.50 54.3 2.39 A 3.24 A 3.88 A0.75 81.4 3.21 A 4.35 A 5.20 A1.00 108.5 3.95 A 5.36 A 6.41 A1.50 162.8 5.30 A 7.20 A 8.60 A2.00 217.0 6.53 A 8.86 A 10.60 A3.3 内层 / 保守设计k0.024电流约为上表的 0.5 倍要载同样的电流截面积要约 2.6 倍线宽约 2.6 倍。没有铜平面、散热差、高可靠场合按这一列取。3.4 规律· 线宽 ×2载流 ×1.65· 铜厚 ×2载流 ×1.65· ΔT 10K→20K载流 ×1.36· ΔT 10K→30K载流 ×1.62· 载流翻倍线宽要约 ×2.6而不是 ×2经验公式“1 A / 1 mm / 1 oz”非常保守按上表1 oz、0.3 mm 在 10 K 温升下已经能过 1 A所以该经验公式约有 2.4 倍余量10 K 温升时。四、电压降与线宽----------------------------------------------------------------------4.1 最小线宽按允许压降由 ΔV ρ×L×I/(W×t) 得W ≥ ρ × L × I / (t × ΔV允许)这是“电压”对线宽最直接的限制允许压降越小线要越宽。4.2 例子1 oz50 mm 长3.3 V / 1 A / 0.5 mm 宽R ≈ 49 mΩΔV ≈ 49 mV1.5%P损耗 ≈ 49 mW5 V / 2 A / 100 mm 长 / 1 mm 宽R ≈ 49 mΩΔV ≈ 98 mV2.0%P损耗 ≈ 196 mW12 V / 5 A / 50 mm 长 / 2 oz / 2 mm 宽R ≈ 6.1 mΩΔV ≈ 31 mV0.26%P损耗 ≈ 153 mW4.3 50 mm 长的电阻1 ozW(mm) R(mΩ) 1 A 压降 2 A 压降------------------------------------------------------------------0.20 123 123 mV 246 mV0.30 82 82 mV 164 mV0.50 49 49 mV 98 mV1.00 25 25 mV 49 mV2.00 12 12 mV 25 mV2 oz 的电阻约为表中一半。4.4 用哪个宽度热设计给出一个最小宽度压降给出另一个最小宽度最终取两者中较大的那个。例12 V / 5 A / 50 mm按 3% 压降只需 0.34 mm但按 10 K 温升、1 oz 需要约 3 mm所以热设计才是瓶颈。4.5 电压与绝缘间距线宽不决定耐压间距 / 爬电距离才决定耐压。粗略参考外层、无涂层、污染等级 2≤ 50 V0.2 mm 间距通常足够100 ~ 250 V0.5 ~ 1.5 mm400 V 以上≥ 2.5 mm具体按 IPC-2221 / IEC 62368 的爬电距离表并考虑污染等级、涂层、海拔、材料组别。铜厚越大侧蚀越大最小间距还要再放大。五、过载电流与熔断----------------------------------------------------------------------5.1 绝热公式I A × √(2.0×10^14 × ΔT / t)I²t A² × 2.0×10^14 × ΔTΔT 取 100 ~ 200 K 表示“允许的短时温升”ΔT 取约 1060 K 表示铜熔断仅理论值。5.2 1 oz 走线的短时过载200 K 温升W(mm) 10 ms 100 ms 1 s 铜熔断(1 s) I²t(A²s)-------------------------------------------------------------------------------------------------0.20 14.0 A 4.4 A 1.4 A 3.2 A 2.00.30 21.0 A 6.6 A 2.1 A 4.8 A 4.40.50 35.0 A 11.1 A 3.5 A 8.1 A 12.20.75 52.5 A 16.6 A 5.2 A 12.1 A 27.61.00 70.0 A 22.1 A 7.0 A 16.1 A 49.02.00 140.0 A 44.3 A 14.0 A 32.2 A 196.0说明· 表中是“走线本身”焊盘、过孔、连接器往往更弱· 短时过载用 I²t 校核脉冲 I²t ≤ 表中 I²t· 超过 1 s 的过载按持续载流算· 铜熔断值不能当保险丝额定值。5.3 电压在过载中的角色· 走线发热只取决于 I²R与系统电压无关· 熔断电流也基本与电压无关· 但电压越高熔断后越容易维持电弧需要更大间距、开槽、灌封或加灭弧措施· 高压系统的过载还要校核浪涌、爬电和安规间距。六、铜厚怎么选----------------------------------------------------------------------· 0.5 oz ≈ 17.5 µm细线、小电流· 1 oz ≈ 35 µm最常用· 2 oz ≈ 70 µm电源、电机、3 A 以上· 3 oz 以上大电流、厚铜板成本明显上升注意· 外层“成品 1 oz”可能是 0.5 oz 基铜 电镀内层 1 oz 通常是基铜 1 oz计算用成品铜厚。· 铜越厚最小线宽 / 间距越大侧蚀越明显1 oz 侧蚀约 0.03 mm2 oz 约 0.06 mm。· 2 oz 在同样线宽下载流约为 1 oz 的 1.65 倍。· 高频时电流集中在表面频率 1 MHz 后铜厚超过约 2 倍趋肤深度收益很小这时应优先加宽而不是加厚。· 5 A 以上优先 2 oz 宽线 / 铺铜10 A 以上考虑铜排、汇流条或多层并联。七、设计流程建议按顺序----------------------------------------------------------------------1. 算最大持续电流先降额 20% ~ 30%。2. 选允许温升10 K高可靠、20 K常规、30 K上限。3. 选铜厚一般 1 oz大电流 2 oz。4. 查表得到最小线宽。5. 按允许压降再算一个最小线宽取两者较大值。6. 用 I²t 校核短时过载 / 浪涌。7. 校核工艺最小线宽 / 间距、阻抗高速线。8. 大电流加铺铜、开窗加锡、多打过孔、必要时加铜排。9. 关键产品实测温升和压降留 20% 以上余量。八、选型示例----------------------------------------------------------------------例 13.3 V1 A走线 50 mm1 oz允许温升 10 K。查表0.3 mm 可过 1.00 A刚好压降0.3 mm 时约 82 mV2.5%可接受建议取 0.5 mm载流 1.45 A压降 49 mV余量更足。例 25 V2 A走线 100 mm1 oz允许温升 20 K。查表1.0 mm 可过 3.24 A20 K满足 2 A压降1.0 mm、100 mm 约 98 mV2.0%满足建议 1.0 mm若空间紧张0.75 mm 也可2.63 A压降约 131 mV。例 312 V5 A走线 50 mm允许温升 10 K。1 oz 需要约 3 mm5.30 A改用 2 oz2 mm 可过 6.53 A压降约 6.1 mΩ × 5 A ≈ 31 mV建议 2 oz、2 mm 以上或 1 oz、3 mm 并开窗加锡。九、参考----------------------------------------------------------------------1. 依据 IPC-2152 标准设计 PCB 走线宽度和过孔尺寸电子工程专辑https://www.eet-china.com/mp/a160996.html2. PCB 上的一个过孔能过 1 A 电流吗电子工程专辑https://www.eet-china.com/mp/a465753.html3. Via Current CalculatorIPC-2221 近似https://tracewidthcalculator.com/via-current/0.3mm-2via4. IPC-2152 标准https://webstore.ansi.org/standards/ipc/ipc2152de2009说明以上为工程估算公式源自 IPC-2221 / IPC-2152 的近似模型。关键设计请用 Saturn PCB Toolkit、HowTo2152 或热仿真复核并以实测温升、压降和板厂工艺能力为准。
一、一句话结论----------------------------------------------------------------------· 线宽 W 与铜厚 t 的乘积就是截面积 A W × t。· 持续载流由允许温升决定I k × ΔT^0.44 × A^0.725A 单位 mil²。· 线宽或铜厚单独翻倍载流约变为 1.65 倍要让载流翻倍截面积要约 2.6 倍线宽约 2.6 倍。· 电压不直接决定载流。同功率下电压越高、电流越小线可以更细但“允许压降”和“绝缘间距”会反过来限制线宽 / 间距。· 过载 / 熔断按绝热 I²tI ∝ A / √t熔断电流与电压基本无关电压决定断开后是否拉弧。二、四个基本公式----------------------------------------------------------------------1. 电阻R ρ × L / (W × t)ρ20 1.72×10^-8 Ω·m20 ℃ 铜ρ(T) ρ20 × [1 0.00393 × (T - 20)]2. 压降与功耗ΔV I × R压降率 ΔV / V系统 × 100%P损耗 I² × R ΔV × I3. 持续载流IPC-2221 近似I k × ΔT^0.44 × A^0.725A 单位 mil²1 mm² 1550 mil²k 0.048外层走线空气中、通风好k 0.024内层走线 / 无铜面 / 保守设计IPC-2152 保守曲线与 k0.024 基本一致走线连到大面积铜平面时实际能力比保守值高。4. 短时过载绝热近似I A × √(δ×c×ΔT/(ρ×t))≈ A × √(2.0×10^14 × ΔT / t)A 单位 m²t 单位 s。该式忽略散热适合毫秒到 1 s 级过载超过 1 s 按持续载流计算。三、线宽、铜厚与持续载流----------------------------------------------------------------------3.1 1 oz 外层走线35 µmk0.048W(mm) A(mil²) ΔT10K ΔT20K ΔT30K------------------------------------------------------------------------------0.15 8.1 0.60 A 0.82 A 0.98 A0.20 10.9 0.74 A 1.01 A 1.21 A0.25 13.6 0.88 A 1.19 A 1.42 A0.30 16.3 1.00 A 1.36 A 1.62 A0.40 21.7 1.23 A 1.67 A 2.00 A0.50 27.1 1.45 A 1.96 A 2.35 A0.75 40.7 1.94 A 2.63 A 3.15 A1.00 54.3 2.39 A 3.24 A 3.88 A1.50 81.4 3.21 A 4.35 A 5.20 A2.00 108.5 3.95 A 5.36 A 6.41 A3.00 162.8 5.30 A 7.20 A 8.60 A4.00 217.0 6.53 A 8.86 A 1 0.60 A3.2 2 oz 外层走线70 µmk0.048W(mm) A(mil²) ΔT10K ΔT20K ΔT30K-------------------------------------------------------------------------------0.15 16.3 1.00 A 1.36 A 1.62 A0.20 21.7 1.23 A 1.67 A 2.00 A0.30 32.6 1.65 A 2.24 A 2.68 A0.50 54.3 2.39 A 3.24 A 3.88 A0.75 81.4 3.21 A 4.35 A 5.20 A1.00 108.5 3.95 A 5.36 A 6.41 A1.50 162.8 5.30 A 7.20 A 8.60 A2.00 217.0 6.53 A 8.86 A 10.60 A3.3 内层 / 保守设计k0.024电流约为上表的 0.5 倍要载同样的电流截面积要约 2.6 倍线宽约 2.6 倍。没有铜平面、散热差、高可靠场合按这一列取。3.4 规律· 线宽 ×2载流 ×1.65· 铜厚 ×2载流 ×1.65· ΔT 10K→20K载流 ×1.36· ΔT 10K→30K载流 ×1.62· 载流翻倍线宽要约 ×2.6而不是 ×2经验公式“1 A / 1 mm / 1 oz”非常保守按上表1 oz、0.3 mm 在 10 K 温升下已经能过 1 A所以该经验公式约有 2.4 倍余量10 K 温升时。四、电压降与线宽----------------------------------------------------------------------4.1 最小线宽按允许压降由 ΔV ρ×L×I/(W×t) 得W ≥ ρ × L × I / (t × ΔV允许)这是“电压”对线宽最直接的限制允许压降越小线要越宽。4.2 例子1 oz50 mm 长3.3 V / 1 A / 0.5 mm 宽R ≈ 49 mΩΔV ≈ 49 mV1.5%P损耗 ≈ 49 mW5 V / 2 A / 100 mm 长 / 1 mm 宽R ≈ 49 mΩΔV ≈ 98 mV2.0%P损耗 ≈ 196 mW12 V / 5 A / 50 mm 长 / 2 oz / 2 mm 宽R ≈ 6.1 mΩΔV ≈ 31 mV0.26%P损耗 ≈ 153 mW4.3 50 mm 长的电阻1 ozW(mm) R(mΩ) 1 A 压降 2 A 压降------------------------------------------------------------------0.20 123 123 mV 246 mV0.30 82 82 mV 164 mV0.50 49 49 mV 98 mV1.00 25 25 mV 49 mV2.00 12 12 mV 25 mV2 oz 的电阻约为表中一半。4.4 用哪个宽度热设计给出一个最小宽度压降给出另一个最小宽度最终取两者中较大的那个。例12 V / 5 A / 50 mm按 3% 压降只需 0.34 mm但按 10 K 温升、1 oz 需要约 3 mm所以热设计才是瓶颈。4.5 电压与绝缘间距线宽不决定耐压间距 / 爬电距离才决定耐压。粗略参考外层、无涂层、污染等级 2≤ 50 V0.2 mm 间距通常足够100 ~ 250 V0.5 ~ 1.5 mm400 V 以上≥ 2.5 mm具体按 IPC-2221 / IEC 62368 的爬电距离表并考虑污染等级、涂层、海拔、材料组别。铜厚越大侧蚀越大最小间距还要再放大。五、过载电流与熔断----------------------------------------------------------------------5.1 绝热公式I A × √(2.0×10^14 × ΔT / t)I²t A² × 2.0×10^14 × ΔTΔT 取 100 ~ 200 K 表示“允许的短时温升”ΔT 取约 1060 K 表示铜熔断仅理论值。5.2 1 oz 走线的短时过载200 K 温升W(mm) 10 ms 100 ms 1 s 铜熔断(1 s) I²t(A²s)-------------------------------------------------------------------------------------------------0.20 14.0 A 4.4 A 1.4 A 3.2 A 2.00.30 21.0 A 6.6 A 2.1 A 4.8 A 4.40.50 35.0 A 11.1 A 3.5 A 8.1 A 12.20.75 52.5 A 16.6 A 5.2 A 12.1 A 27.61.00 70.0 A 22.1 A 7.0 A 16.1 A 49.02.00 140.0 A 44.3 A 14.0 A 32.2 A 196.0说明· 表中是“走线本身”焊盘、过孔、连接器往往更弱· 短时过载用 I²t 校核脉冲 I²t ≤ 表中 I²t· 超过 1 s 的过载按持续载流算· 铜熔断值不能当保险丝额定值。5.3 电压在过载中的角色· 走线发热只取决于 I²R与系统电压无关· 熔断电流也基本与电压无关· 但电压越高熔断后越容易维持电弧需要更大间距、开槽、灌封或加灭弧措施· 高压系统的过载还要校核浪涌、爬电和安规间距。六、铜厚怎么选----------------------------------------------------------------------· 0.5 oz ≈ 17.5 µm细线、小电流· 1 oz ≈ 35 µm最常用· 2 oz ≈ 70 µm电源、电机、3 A 以上· 3 oz 以上大电流、厚铜板成本明显上升注意· 外层“成品 1 oz”可能是 0.5 oz 基铜 电镀内层 1 oz 通常是基铜 1 oz计算用成品铜厚。· 铜越厚最小线宽 / 间距越大侧蚀越明显1 oz 侧蚀约 0.03 mm2 oz 约 0.06 mm。· 2 oz 在同样线宽下载流约为 1 oz 的 1.65 倍。· 高频时电流集中在表面频率 1 MHz 后铜厚超过约 2 倍趋肤深度收益很小这时应优先加宽而不是加厚。· 5 A 以上优先 2 oz 宽线 / 铺铜10 A 以上考虑铜排、汇流条或多层并联。七、设计流程建议按顺序----------------------------------------------------------------------1. 算最大持续电流先降额 20% ~ 30%。2. 选允许温升10 K高可靠、20 K常规、30 K上限。3. 选铜厚一般 1 oz大电流 2 oz。4. 查表得到最小线宽。5. 按允许压降再算一个最小线宽取两者较大值。6. 用 I²t 校核短时过载 / 浪涌。7. 校核工艺最小线宽 / 间距、阻抗高速线。8. 大电流加铺铜、开窗加锡、多打过孔、必要时加铜排。9. 关键产品实测温升和压降留 20% 以上余量。八、选型示例----------------------------------------------------------------------例 13.3 V1 A走线 50 mm1 oz允许温升 10 K。查表0.3 mm 可过 1.00 A刚好压降0.3 mm 时约 82 mV2.5%可接受建议取 0.5 mm载流 1.45 A压降 49 mV余量更足。例 25 V2 A走线 100 mm1 oz允许温升 20 K。查表1.0 mm 可过 3.24 A20 K满足 2 A压降1.0 mm、100 mm 约 98 mV2.0%满足建议 1.0 mm若空间紧张0.75 mm 也可2.63 A压降约 131 mV。例 312 V5 A走线 50 mm允许温升 10 K。1 oz 需要约 3 mm5.30 A改用 2 oz2 mm 可过 6.53 A压降约 6.1 mΩ × 5 A ≈ 31 mV建议 2 oz、2 mm 以上或 1 oz、3 mm 并开窗加锡。九、参考----------------------------------------------------------------------1. 依据 IPC-2152 标准设计 PCB 走线宽度和过孔尺寸电子工程专辑https://www.eet-china.com/mp/a160996.html2. PCB 上的一个过孔能过 1 A 电流吗电子工程专辑https://www.eet-china.com/mp/a465753.html3. Via Current CalculatorIPC-2221 近似https://tracewidthcalculator.com/via-current/0.3mm-2via4. IPC-2152 标准https://webstore.ansi.org/standards/ipc/ipc2152de2009说明以上为工程估算公式源自 IPC-2221 / IPC-2152 的近似模型。关键设计请用 Saturn PCB Toolkit、HowTo2152 或热仿真复核并以实测温升、压降和板厂工艺能力为准。
