Калькулятор ширини доріжки друкованої плати

Що таке розрахунок ширини доріжки ДП?

Ширина доріжки ДП визначає, який струм може безпечно проходити через мідну доріжку на друкованій платі. Занадто вузька доріжка діє як запобіжник — вона нагрівається і може прогоріти через плату, пошкодивши компоненти і створивши пожежну небезпеку. Цей калькулятор використовує формули стандарту IPC-2221 для визначення мінімальної ширини доріжки для заданого струму, ваги міді та допустимого підвищення температури.

Ключові фактори: струм (А), товщина міді (зазвичай 1 унц/фут² = 35 мкм для стандартних ДП), допустиме підвищення температури відносно навколишнього середовища, а також чи знаходиться доріжка на внутрішньому або зовнішньому шарі. Зовнішні доріжки ефективніше розсіюють тепло в навколишнє повітря, тому можуть бути вужчими за внутрішні при тому самому струмі.

Стандарт IPC-2221

Стандарт IPC-2221 надає емпірично виведені формули для розрахунку доріжок ДП. Спочатку формула обчислює необхідну площу поперечного перерізу в квадратних мілах, потім перетворює в ширину доріжки на основі товщини міді. Зовнішні шари витримують приблизно вдвічі більший струм, ніж внутрішні при тій самій геометрії, завдяки кращому тепловідведенню.

Як користуватися цим інструментом

Введіть максимальний струм через доріжку, вагу міді (1 унц — стандарт), максимально допустиме підвищення температури (10°C — поширений консервативний вибір) і тип шару (внутрішній або зовнішній). Калькулятор показує мінімальну ширину доріжки в мілах і міліметрах.

Поради щодо проектування ДП

• Завжди додавайте запас міцності — використовуйте ширші доріжки, ніж розрахований мінімум, особливо для силових доріжок.
• Використовуйте заливки міддю (полігони) для ділянок з великим струмом замість вузьких доріжок.
• Для надвисоких струмів розгляньте прошивку перехідними отворами для з'єднання міді на кількох шарах.
• Сигнальні доріжки можуть бути значно вужчими (типово 0,15–0,2 мм), оскільки вони несуть мінімальний струм.

Приклад розрахунку

Пропустіть 2 А зовнішньою доріжкою плати на міді 1 oz (товщина 35 мкм ≈ 1,38 mils), дозволивши підвищення температури на 10 °C. IPC-2221 (k = 0,048) дає потрібний переріз близько 42,4 mils², тож ширина = площа ÷ товщина ≈ 42,4 ÷ 1,38 ≈ 30,8 mils, близько 0,78 мм. Внутрішні доріжки гірше відводять тепло (k = 0,024), тож IPC-2221 вимагає приблизно в 2,6 раза ширшу доріжку — близько 80 mils (2 мм) — для того самого струму.

Поширені помилки

Поширена помилка — використовувати ширину внутрішнього шару для зовнішньої доріжки чи навпаки; заглиблені доріжки гріються сильніше й мають бути ширшими. Інша — забути про масу міді: доріжка на міді 2 oz може бути вдвічі вужчою за той самий струм на 1 oz. Нехтування дозволеним підвищенням температури теж вводить в оману, адже ширша доріжка просто йде холодніше за того самого струму.

Часті запитання

Що таке вага міді і як вона впливає на ширину доріжки?

Вага міді позначає товщину мідного шару, виміряну в унціях на квадратний фут. 1 унц міді — приблизно 35 мікрометрів завтовшки, це найпоширеніший варіант для стандартних ДП. Важча мідь (2 унц = 70 мкм) дозволяє використовувати вужчі доріжки для тього самого струму завдяки більшій площі поперечного перерізу. Деякі силові ДП використовують 3–4 унц міді.

Чи точні формули IPC-2221?

Формули IPC-2221 є консервативними оцінками, заснованими на емпіричних дослідженнях 1950–70-х рр. Реальні характеристики залежать від матеріалу плати, температури навколишнього середовища, циркуляції повітря та сусідніх джерел тепла. Формули дають безпечний базовий рівень — фактичне підвищення температури зазвичай менше за прогнозоване. Для відповідальних застосувань рекомендується теплове моделювання або фізичні випробування.

Що таке маса міді й чому це важливо?

Маса міді описує, скільки міді вкриває квадратний фут плати, у унціях; 1 oz дає товщину близько 35 мкм. Важча мідь (2 oz, 3 oz) робить доріжки товщими за перерізом, тож вони несуть більший струм за заданої ширини й краще відводять тепло, за вищої вартості плати.