通常的PCB设计电流都不会超过10A,甚至5A。尤其是在家用、消费级电子中,通常PCB上持续的工作电流不会超过2A。但是最近要给公司的产品设计动力走线,持续电流能达到80A左右,考虑瞬时电流以及为整个系统留下余量,动力走线的持续电流应该能够承受100A以上。
那么问题就来了,怎么样的PCB才能承受住100 A的电流?
方法一:PCB上走线
要弄清楚PCB的过流能力,我们首先从PCB结构下手。
以双层PCB为例,这种电路板通常是三层式结构:铜皮、板材、铜皮。
铜皮也就是PCB中电流、信号要通过的路径。根据中学物理知识可以知道一个物体的电阻与材料、横截面积、长度有关。
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由于我们的电流是在铜皮上走,所以电阻率是固定的。横截面积可以看作铜皮的厚度,也就是PCB加工选项中的铜厚。
通常铜厚以OZ来表示,1OZ的铜厚换算过来就是35 um,2OZ是70um,依此类推。
那么可以很轻易地得出结论:在PCB上要通过大电流时,布线就要又短又粗,同时PCB的铜厚越厚越好。
实际在工程上,对于布线的长度没有一个严格的标准。工程上通常会用:铜厚/温升/线径,这三个指标来衡量PCB板的载流能力。
以下两个表可以参考:
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从表中可以大约知道1OZ铜厚的电路板,在10℃温升时,100mil (2.5mm) 宽度的导线能够通过4.5A的电流。
并且,随着宽度的增加,PCB载流能力并不是严格按照线性增加,而是增加幅度慢慢减小,这也是和实际工程里的情况一致。
如果提高温升,导线的载流能力也能够得到提高。
通过这两个表,能得到的PCB布线经验是:增加铜厚、加宽线径、提高PCB散热能够增强PCB的载流能力。
那么如果要走100A的电流,可以选择4OZ的铜厚,走线宽度设置为15mm,双面走线,并且增加散热装置,降低PCB的温升,提高稳定性。
方法二:接线柱
除了在PCB上走线之外,还可以采用接线柱的方式走线。
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在PCB上或产品外壳上固定几个能够耐受100A的接线柱如:表贴螺母、PCB接线端子、铜柱等。
然后采用铜鼻子等接线端子将能承受100A的导线接到接线柱上。
这样大电流就可以通过导线来走。
方法三:定做铜排
甚至,还可以定做铜排。
使用铜排来走大电流是工业上常见的做法,例如变压器,服务器机柜等应用都是用铜排来走大电流。
附铜排载流能力表:
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方法四:特殊工艺
另外还有一些比较特殊的PCB工艺,国内不一定能找得到加工的厂家。
例如英飞凌就有一种PCB,采用3层铜层设计,顶层和底层是信号布线层,中间层是厚度为1.5mm的铜层,专门用于布置电源,这种PCB可以轻易做到小体积过流100A以上。

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