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2018.12.06 DC/DC

铜箔的电阻和电感

DC/DC转换器的基板布局

PCB板布局很重要,但需要了解的不仅有布局,还有PCB板和铜箔本身。本文将对PCB板的结构和材料相关的特性、以及铜箔的电阻和电感进行介绍。

关于PCB板

右图是PCB板截面的示意图。这是最基本的PCB板结构和特性,请记住。下面逐项列出几个关键要点。

  • 表面和背面的铜箔厚度通常与内层厚度不同。
  • 芯材铜箔通常较厚,散热性较好。
  • 芯材为通用厚度,可通过半固化片来调整厚度。
  • 有的芯材和半固化片的种类是容易产生迁移的材质,可能无法承受高湿度试验。
D4_10_pcb

铜箔的电阻

当然,铜箔(布线)是有电阻的。在较大电流条件下,会产生传导损耗,也就是会产生电压降或发热现象。因此,对于大电流的线路,需要对铜箔的电阻值进行评估。

铜箔的电阻按单位面积来考量。Figure 10表示铜箔单位面积的电阻值。通常为铜箔厚35µm、宽1mm、长1mm条件下的电阻值。

通常可利用下列公式进行电阻计算。

D4_10_fomu1.gif

D4_10_fig10

根据从Figure 10读取到的单位面积电阻值RP 来计算,结果如下:

D4_10_fomu2

比如25℃时,宽3mm、长50mm 的铜箔的电阻值,根据下列计算得出8.17mΩ。

D4_10_fomu3

根据该电阻值,流过3A电流时的电压降为24.5mV。另外,从图中可以看出,当温度上升至100℃时,电阻值增加29%。所以,电压降也增加至31.6mV。

该铜箔引起的电压降,在某些条件下可能会导致较大问题,因此基本上需要根据电流和温度条件来探讨布线宽度。

铜箔的电感

当然,铜箔也存在电感。可以认为,电阻、电容、电感这些寄生成分是一定存在的。

铜箔的电感值通过以下公式来表示。

D4_10_fomu4

从公式可以看出,电感值基本上不依赖于铜箔的厚度。

Figure 11 表示铜箔电感的计算值。由图可知,即使线宽提高到2倍,电感值也不会下降到理想程度。

要想减少寄生电感的影响,缩短布线长度是最好的解决方法。

假设电感值L[H]的印刷电路布线中的电流在时间t[s]之内变化量为i[A],则将在其印刷电路布线的两端产生以下电压。

D4_10_fomu5

例如,当在寄生电感值为6nH的印刷电路布线中在10ns内流过2A的电流时,将产生以下电压。

D4_10_fomu6

D4_10_fig11

需要注意的是,在某些条件下寄生电感也会造成较大的电压,不仅会影响运行,还有可能损坏部件。

关键要点:

・了解PCB板的基本结构。

・铜箔的电阻表现为电压降,具有温度依赖性。

・要注意铜箔的电感在某些情况下会引发高电压。

・要降低电感值,缩短布线是有效方法。