Šířka spoje: dvě čísla, ne jedno

Tohle je statická kopie kapitoly pro vyhledávače. Interaktivní verze má animované obrázky, kontrolní otázky a tlačítka, která příklad načtou do kalkulačky.

„Jak široký spoj na dva ampéry?“ nemá odpověď, dokud nepadne druhá otázka: o kolik se ten spoj smí ohřát? Bez ní je zadání nekompletní a každá odpověď je jen něčí zvyk.

I = 2,0 A
Kolik má tou mědí téct. Zatím to nic neříká o šířce — chybí druhá půlka zadání.
ΔT = 10 K
Spoj se smí ohřát. O kolik, to je rozhodnutí návrháře — a bez něj se šířka spočítat nedá.
A = (I / (k·ΔT^0,44))^1/0,725 = 42,4 mil²
Empirická křivka z normy vrátí plochu průřezu. Je to fit z měření, ne odvození — a norma to tak i říká.
w = A / t = 786 µm
Průřez dělený tloušťkou. Dvojnásobná měď je poloviční šířka — přesně, protože je to prosté dělení.

Od proudu k šířce po krocích. Šířka je kreslená ve skutečném měřítku proti jednomu milimetru. Přepni na vnitřní vrstvu.

Empirická křivka, a je to poznat

I = k · ΔT^0,44 · A^0,725IPC-2221; A v mil², k = 0,048 vnější / 0,024 vnitřní

Ty exponenty nejsou z fyziky — je to proložení měření. Norma to tak i uvádí, a je to poctivé: vedení tepla z mědi do laminátu a do vzduchu se z prvních principů spočítat nedá. Užitečný směr je obrácený, a ten se v nástroji řeší přesně, ne numericky.

Proč vnitřní vrstva potřebuje dvojnásobek

Konstanta k je vně 0,048 a uvnitř 0,024, tedy přesně polovina — jediný rozdíl mezi oběma případy. Spoj uvnitř desky je obalený laminátem, který teplo vede špatně, a nemá kam ho odvést. Pro tentýž proud a tentýž ohřev tedy potřebuje dvojnásobný průřez.

ΔT není volba mezi „bezpečné“ a „nebezpečné“. Deset kelvinů je zvyk pro signálové a napájecí spoje uvnitř přístroje. Dvacet je běžné u výkonových větví. Čtyřicet se používá tam, kde je to krátký kus a víme, že vedle nesedí nic citlivého. Rozhoduje o tom, jestli si ten ohřev může okolí dovolit, ne jestli spoj přežije — laminát FR4 vydrží mnohem víc.

Průřez, ne šířka

Norma vrátí plochu. Šířka z ní vznikne až dělením tloušťkou mědi, a proto platí:

měď	tloušťka	šířka na 2 A, ΔT 10 K, vně
0,5 oz	17 µm	2,05 mm
1 oz	35 µm	1,03 mm
2 oz	70 µm	0,51 mm

Dvojnásobná měď je přesně poloviční šířka — je to prosté dělení a nic víc. Zaplatí se za ni cenou desky a horší leptatelností jemných struktur, takže se těžká měď dává tam, kde je proud, a ne všude.

A odpor je jiná otázka

Šířka podle IPC drží teplotu. Jestli je úbytek přijatelný, je druhý výpočet — a často přísnější. Pomůže jedno číslo, které se vyplatí umět zpaměti: 1 oz měď má 0,5 mΩ na čtverec. Spoj dlouhý deset šířek má tedy 5 mΩ, ať je široký jakkoli.