在现代电子产品的设计中，如何设计大电流的PCB？

在现代电子产品的设计中，PCB(印刷电路板)承担着至关重要的角色，尤其是在进行大电流传输时。一般来说，平时我们在家用电器中看到的PCB，电流不会超过10安培，甚至有时候只有2安培。而现在的情况变化不小，许多公司开始追求更高的电流负载需求，尤其是在一些需要高功率输出的设备中，电流甚至要达到80安培，这就让人不得不思考，如何设计出能承受100安培电流的PCB。

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100A的电流?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。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35um，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。

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。那么如果我要走100A的电流，我可以选择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。除了在PCB上走线之外，还可以采用接线柱的方式走线。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。甚至，还可以定做铜排。使用铜牌来走大电流是工业上常见的作法，例如变压器，服务器机柜等应用都是用铜排来走大电流。

我们可以得出以下PCB布线经验：增加铜厚、加大线径以及改善PCB散热，都能有效提升PCB的载流能力。例如，若需承载100 A的电流，可以选择4 OZ铜厚，线宽设为15 mm，并采用双面走线，同时增强散热措施以降低PCB温升，确保稳定性。除了在PCB上布线，还可以选择接线柱方式。在PCB或产品外壳上固定能承受大电流的接线柱，如表贴螺母、PCB接线端子或铜柱等，再通过铜鼻子等接线端子将导线与接线柱相连，从而实现大电流的传输。例如，英飞凌就采用了一种三层铜层设计，其中顶层和底层专为信号布线而设，而中间层则是一块厚度为1.5mm的铜层，专门用于电源布置。这种设计使得PCB在小型化的同时，还能轻松应对超过100A的过流需求。不过，这种特殊工艺在国内可能难以找到加工厂家，需要进一步探索和了解。

PCB(Printed Circuit Board)在电子设备中起着至关重要的作用，它不仅提供了电子元器件的固定和连接，还承载着电流传输的任务。然而，当涉及到高负载电路和高电流传输时，设计一个能承受100A电流的PCB就显得尤为重要和复杂了。本文将从材料选择、布线规划、电流分布和散热设计等多个方面，详细介绍如何设计出能承受100A电流的高负载PCB。

一、材料选择：

1. PCB基板材料：为了满足高负载的需求，选择导电性能好、热传导性能高、耐高温和机械强度高的基板材料是关键。通常使用金属基板、陶瓷基板或高温耐热的FR-4等。在选择时需要综合考虑电子器件的尺寸、重量和可靠性等因素。

2. 焊盘材料：选用高导热性能的金属材料，如铜，以确保电流均匀分布和散热。

3. 外层覆铜厚度：选择适当的覆铜厚度可提高PCB的导电性能和散热性能。一般来说，较厚的覆铜层能更好地承受高电流负载。

二、布线规划：

1. 铜箔设计：要确保高电流负载的电流密度均匀分布，需要合理设计铜箔的宽度和厚度。宽铜箔能减小电阻和阻抗，而厚铜箔能提高电流的承载能力。

2. 电流回流路径：为了减小电流回路的电阻和电压降，需要合理规划电流的回流路径，最小化回路长度和阻抗。

3. 分立布局：重要的过载电路(如电源输入)和高负载电路(如功率模块)应分离布局，避免相互干扰，减少噪声和电磁干扰。

三、电流分布：

1. 分层设计：采用分层设计的PCB能够更好地分配和传导电流。根据系统需求，将不同功率级别的信号和电源线分层布线，从而减小互相之间的相互影响。

2. 端子设计：设计适当的电源和接地端子，并通过合理的布线和焊接方式保证电流的顺畅流通。

四、散热设计：

1. PCB散热片：在高负载PCB设计中，加入散热片可以有效提高散热效果。散热片通常由铜或铝制成，通过导热胶与高功率元器件连接，提高散热性能。

2. 散热孔设计：合理布置散热孔，以便空气能够流经散热片和高功率元器件，有效增强散热效果。

3. 散热材料：使用高导热材料，如导热胶和散热硅胶垫片等，有助于提高高功率元器件和PCB之间的热传导。

五、EMC设计：

对于高负载PCB，电磁兼容(EMC)设计非常重要。合理的PCB布线方式、使用适当的滤波器和隔离技术，减少电源和信号线之间的干扰，确保电路的稳定性和可靠性。

结论：

‌增加铜厚和线宽‌：选择较厚的铜箔(如4oz铜厚)和较宽的走线宽度(如15mm)可以有效提高PCB的载流能力。铜箔厚度越厚，载流能力越强，但成本也会增加‌12。‌优化布线设计‌：布线应尽量短而直，避免不必要的弯曲和长度增加，以减少电阻和发热。同时，双面布线可以增加载流面积，提高整体散热效果‌12。‌增加散热装置‌：在PCB设计中增加散热装置，如散热片和风扇，可以有效降低PCB的温度，从而提高其载流能力‌12。使用接线柱和铜排‌：在PCB上或产品外壳上固定能够耐受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。此外，使用铜排来走大电流也是工业上常见的做法，适用于高功率应用‌，‌特殊工艺‌：采用3层铜层设计，顶层和底层铜层可以增加载流面积和散热效果。此外，PCB开窗处理和焊接铜片或铜条也可以显著提高载流能力‌2。