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2021.06.09 DC/DC

銅箔的電阻和電感

升壓型DC/DC轉換器的PCB佈局

本文將介紹升壓型DC/DC轉換器的PCB板佈局中銅箔的電阻和電感。另外,本文內容將不局限於升壓型DC/DC轉換器,而是會涉及到PCB板佈局整體,因此可作為電路板佈局的基礎內容來瞭解。

銅箔的電阻

銅箔是一種PCB圖案佈線,具有電阻。在較大電流條件下,會因傳導損耗而產生電壓降或發熱現象。對會流過大電流的線路,需要考慮銅箔的電阻值。

銅箔電阻通常按單位面積來考量。下圖表示單位面積的銅箔電阻值。通常為銅箔厚35µm、寬1mm、長1mm條件下的電阻值。電阻值可以透過以下公式來計算。

使用從圖表中讀取到的單位面積的電阻值RP,可以將公式變形為左下方所示的公式,例如,在25℃時,寬3mm、長50mm的銅箔的電阻值透過計算得出8.17mΩ,如右下方的公式所示。

在該範例中,流過3A電流時的電壓降為24.5mV。另外,從圖中可以看出,當溫度升高至100℃時,RP增加至0.63mΩ,電壓降增加至31.6mV,大約增加了29%。如果該銅箔引起的電壓降超出額定範圍,則基本上就需要考慮佈線寬度了。

銅箔的電感

銅箔中也存在電感量。銅箔中的電感量可透過以下公式來計算。另外,右下方的曲線圖是使用該公式,根據在0.2mm~10mm的佈線寬度條件下改變佈線長度時的電感量繪製而成的。

從公式可以看出,電感值基本上不依賴於銅箔的厚度。此外,從圖中可以看出,即使佈線寬度提高到2倍,令人意外的是電感值也不會下降。可以得出的結論是縮短佈線長度是抑制銅箔電感的有效方法。

假設電感值L[H]的印刷電路板佈線中流過的電流在時間t[s]之內的變化量為i[A],則將在其印刷電路板佈線的兩端產生以下電壓:

例如,當在電感值為6nH的印刷電路板佈線中在10ns內流過2A的電流時,產生的電壓如下:

需要注意的是,在某些條件下佈線的寄生電感也會引發較大的電壓,不僅會影響運行,有時還有可能損壞零件。

重點:

・升壓型DC/DC轉換器的PCB板佈局中,銅箔的電阻表現為電壓降,具有溫度依賴性。

・在升壓型DC/DC轉換器的PCB板佈局中,要注意銅箔的電感在某些情況下會引發高電壓。

・在升壓型DC/DC轉換器的PCB板佈局中,要降低電感值,縮短佈線是有效方法。

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