SamsPcbGuide भाग 3: मुद्रित वर्तमान सीमा

मजाक एक तरफ, विषय गंभीर है, आग का खतरा। चलो चलते हैं। यह श्रृंखला का तीसरा लेख है, यह मुद्रित ट्रैक की अधिकतम वर्तमान का आकलन करने के लिए मॉडल पर चर्चा करता है, जो कुछ स्थितियों में मुद्रित सर्किट बोर्ड की प्रवाहकीय परतों की मोटाई का चयन करते समय एक निर्धारित पैरामीटर होता है।

पिछले लेख में कहा गया था कि मुद्रित सर्किट बोर्ड की तांबे की परतों की मोटाई का विकल्प निर्धारित किया जाता है, सबसे पहले, आवश्यक न्यूनतम निकासी और कंडक्टर की न्यूनतम चौड़ाई द्वारा, साथ ही साथ कंडक्टर के माध्यम से अधिकतम प्रवाह। ये पैरामीटर एक-दूसरे के विपरीत हो सकते हैं: प्रवाहकीय परत जितनी पतली हो सकती है, उतनी ही छोटी टॉपोलॉजिकल पैटर्न प्राप्त की जा सकती है, लेकिन छोटे से अधिकतम वर्तमान प्रिंट पथ का सामना कर सकता है (क्रेटरिस पेरिबस, कंडक्टर की चौड़ाई, वर्तमान आवृत्ति, गर्मी सिंक, आदि)। तापीय ऊर्जा क्यू प्रिंट ट्रैक के ओमिक प्रतिरोध आर (जूल हीट क्यू = आई ² आरटी, जहां मैं वर्तमान ताकत है, टी समय है) पर जारी किया जाता है, जिससे इसका तापमान पर्यावरण के सापेक्ष बढ़ जाता है, जिससे कंडक्टर खुद और संबंधित घटकों को गर्म करने के लिए अग्रणी होता है, या, एक अंतिम उपाय के रूप में, एक सीमित करंट (अंग्रेजी फ्यूजिंग करंट) पर इसके जलने के लिए। मुद्रण ट्रैक और तापमान में वृद्धि के माध्यम से वर्तमान के बीच संबंध कई मापदंडों पर निर्भर करता है और सामान्य रूप से कल्पना करना मुश्किल है, हालांकि, ऐसे सूत्र हैं जो हमें प्रारंभिक अनुमान लगाने की अनुमति देते हैं।

मूल्य, ओन्डेरडोंक और ब्रुक्स

पहले प्रयासों में से एक डब्ल्यूएच प्रिस (WHPreece) द्वारा किया गया था। उन्होंने एक प्रयोगशाला प्रयोग में अपनी अनुभवजन्य निर्भरता प्राप्त की जिसमें उन्होंने कंडक्टर के माध्यम से वर्तमान को बढ़ा दिया जब तक कि यह लाल नहीं हो जाता। प्रिस सूत्र विभिन्न सामग्रियों के लिए कंडक्टर d के व्यास में चमक करंट से संबंधित है:


जहां K तांबे के लिए लगभग 80 के बराबर एक सारणी स्थिर है। सर्कल के क्षेत्र के अनुपात का उपयोग करते हुए, हम एक क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र S के साथ तांबे के कंडक्टर के मामले के लिए इस सूत्र को फिर से लिख सकते हैं:


प्रिस प्रयोग में, कंडक्टर को एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर एक कंडक्टर के विपरीत, हवा में निलंबित कर दिया गया था, जिसके लिए गर्मी सिंक की स्थिति पूरी तरह से अलग है। क्लोजर एकल कनेक्टिंग कंडक्टर के मामलों के लिए हीट सिंक की स्थिति है, साथ ही साथ माइक्रोवेअर वेल्डिंग के कुछ मामलों के लिए (जब इसकी रक्षा के लिए कंपाउंडिंग का उपयोग नहीं किया जाता है), जहां यह सूत्र सीमित वर्तमान के लिए एक अच्छा अनुमान दे सकता है।

प्रिंटिंग ट्रैक के तापमान में स्वीकार्य वृद्धि को आमतौर पर 10-30 डिग्री सेल्सियस माना जाता है। यह मान प्रोजेक्ट मापदंडों के आधार पर अधिक हो सकता है, हालांकि, उत्पाद ऑपरेटिंग तापमान की पूरी रेंज पर, ट्रैक तापमान मुद्रित सर्किट बोर्ड सामग्री (अंग्रेजी ग्लास संक्रमण तापमान, टी _जी ) के ग्लास संक्रमण तापमान से कम होना चाहिए और, सभी अधिक, तांबे का तापमान। इसलिए, चौड़ाई w और पन्नी मोटाई एच के मुद्रित ट्रैक के वर्तमान I पर तापमान में वृद्धि theT की निर्भरता, ब्रुक्स द्वारा [1] में उपयोगी है, उपयोगी है:


जहाँ C, α, β,, स्थिरांक हैं, जिनके बाहरी और भीतरी परतों के मूल्य तालिका 1 में दिए गए हैं। यह ध्यान में रखना चाहिए कि बाहरी परतों पर पन्नी की मोटाई आमतौर पर संक्रमण पैदा करते समय अतिरिक्त छिड़काव के कारण आधार से 20-40 माइक्रोन बड़ी होती है। छेद। इसके अलावा, एक मुखौटा के बिना बोर्डों पर खत्म होने का प्रभाव महत्वपूर्ण हो सकता है। इसका उपयोग बिजली उपकरणों में किया जाता है, जब मास्क से खोले गए प्रिंट किए गए ट्रैक को एक अतिरिक्त मिलाप मिलाया जाता है।


कंडक्टर की अंतिम वर्तमान वहन क्षमता की गणना करने के लिए एक और प्रसिद्ध सूत्र ओन्डेरडोंक फॉर्मूला (अंग्रेजी IMOnderdonk) है, जिसमें समय के साथ एक महत्वपूर्ण पैरामीटर होता है। यह एक क्रॉस सेक्शन S के साथ तांबे के कंडक्टर के माध्यम से वर्तमान I के पारित होने के समय से संबंधित है और प्रारंभिक तापमान T _{0 के} सापेक्ष तापमान वृद्धि theT:


चूंकि सूत्र की व्युत्पत्ति [2] में किसी भी गर्मी को हटाने को बाहर रखा गया है, मुद्रण ट्रैक के मामले में यह सूत्र 1-2 सेकंड तक चलने वाली एक छोटी वर्तमान नाड़ी के लिए लागू होता है। बढ़ते समय और गर्मी को हटाने के प्रभाव के साथ, अनुमान की सटीकता कम हो जाती है, सीमित वर्तमान को काफी कम कर देता है। प्रिंटिंग ट्रैक के विभिन्न मापदंडों के लिए उपरोक्त तीनों सूत्रों के लिए निर्भरता ग्राफ आंकड़े 1 और 2 में दिखाए गए हैं।



किसी विशेष सूत्र की प्रयोज्यता की सीमाओं को समझने के लिए व्युत्पत्ति में प्रयोगात्मक स्थितियों या विश्लेषणात्मक मान्यताओं पर विचार करना हमेशा महत्वपूर्ण होता है। उपरोक्त सूत्रों में से कोई भी वास्तविक अनुप्रयोगों के लिए कंडक्टर के वर्तमान और आवश्यक क्रॉस-सेक्शन के बीच एक सटीक और इष्टतम संबंध नहीं देगा। वही सरल कैलकुलेटरों पर लागू होता है जो इंटरनेट पर पाए जा सकते हैं ( उदाहरण के लिए ), क्योंकि वे इन या इसी तरह के सूत्रों पर आधारित होते हैं। गर्मी, विकिरण, सक्रिय या निष्क्रिय शीतलन के स्रोतों और रिसीवर के रूप में पड़ोसी कंडक्टर और घटकों के प्रभाव को केवल विशेष सीएडी प्रणालियों (जैसे ताल, एएनएसवाईएस और अन्य) में थर्मोइलेक्ट्रिक मॉडलिंग के दौरान ध्यान में रखा जा सकता है। हालांकि, इस मामले में भी, मॉडलिंग और प्रयोग के परिणाम काफी भिन्न हो सकते हैं। तथ्य यह है कि मुद्रण ट्रैक में एक आयताकार खंड नहीं है, लेकिन ट्रैपेज़ॉइडल (छवि 3) के करीब है, और तांबे की पन्नी की इसकी चौड़ाई और चालकता मूल्य न केवल मॉडल द्वारा गणना किए गए से भिन्न हो सकते हैं, बल्कि नमूने, बैच के लिए कुछ बिखराव भी हैं। बैच, निर्माता से निर्माता, आदि के लिए। इसकी कमी के साथ चौड़ाई के विचलन का प्रभाव बढ़ता है। फिर भी, मानकों के सूत्रों और सिफारिशों द्वारा गणना किए गए परिणाम सबसे खराब स्थिति का प्रतिनिधित्व करते हैं, जिससे सिस्टम के लिए सुरक्षा का एक मार्जिन प्रदान होता है। यदि डेवलपर को मुद्रित ट्रैक के सीमित वर्तमान और आवश्यक क्रॉस सेक्शन के बीच अनुपात को अनुकूलित करने की आवश्यकता है, तो मॉडलिंग और प्रयोग के पुनरावृत्त तरीके से इस लक्ष्य तक जाना आवश्यक है।

त्वचा का प्रभाव

आनुपातिक रूप से मुद्रित ट्रैक के पार अनुभाग में वृद्धि आनुपातिक रूप से इसकी ओमिक प्रतिरोध को कम करती है, जो प्रत्यक्ष वर्तमान प्रवाह के दौरान गर्मी के नुकसान को कम करती है। प्रत्यावर्ती धारा के साथ स्थिति एक त्वचा प्रभाव (अंग्रेजी त्वचा प्रभाव) के अस्तित्व के कारण इतनी सरल नहीं है, जो इस तथ्य की ओर जाता है कि प्रत्यावर्ती धारा का घनत्व कंडक्टर के क्रॉस सेक्शन पर असमान रूप से वितरित किया जाता है, जिससे कंडक्टर की सतह से केंद्र तक शून्य में तेजी से वृद्धि होती है। गणना की सुविधा के लिए, अनुपात द्वारा निर्धारित गहराई के साथ कंडक्टर के प्रभावी अनुभाग की अवधारणा का उपयोग किया जाता है:


जहां एफ वर्तमान आवृत्ति है,, धातु चालकता है, μ चुंबकीय चुंबकीय पारगम्यता है। E के बराबर गहराई पर, वर्तमान घनत्व J _S की सतह पर वर्तमान घनत्व से E गुना कम हो जाता है _। गणितीय रूप से, कंडक्टर में वर्तमान घनत्व J (x, y) के लिए निम्नलिखित अनुमानित समानता को दिखाया जा सकता है:


यही है, अनुमानित गणनाओं के लिए, हम मान सकते हैं कि वर्तमान केवल गहराई or की परिधि कंडक्टर एल की सीमा परत में बहती है, और एक समान वितरण (छवि 4) के साथ।


इस सरलीकृत मॉडल के ढांचे में, यदि सतह परत की गहराई मुद्रण ट्रैक की मोटाई से आधे से कम है, तो किसी दिए गए आवृत्ति पर मुद्रण ट्रैक की बाधा इस प्रभावी अनुभाग द्वारा निर्धारित की जाएगी, जिससे ओमिक प्रतिरोध में वृद्धि और अधिष्ठापन में थोड़ी कमी आएगी। अंजीर में। चित्रा 5 जमा की तांबे की चालकता में प्रसार को ध्यान में रखते हुए, वर्तमान की आवृत्ति पर सतह परत की गहराई की निर्भरता को दर्शाता है। यह देखा जा सकता है कि तांबे की परतों के लिए 18 माइक्रोन मोटी, कटऑफ आवृत्ति (जिसके ऊपर त्वचा की भूमिका होती है) 50-70 मेगाहर्ट्ज के क्षेत्र में होती है, और 35 माइक्रोन मोटाई की परतों के लिए यह 15-20 हर्ट्ज के क्षेत्र में होती है। ध्यान दें कि 100 मेगाहर्ट्ज से ऊपर की आवृत्तियों पर त्वचा के प्रभाव की गहराई थोड़ी भिन्न होती है, इससे हमें उच्च आवृत्ति संकेतों के लिए गणना में आवृत्ति पर इसकी निर्भरता की उपेक्षा करने की अनुमति मिलती है।


कई एम्पीयर की निरंतर धाराओं के साथ मुद्रित सर्किट बोर्डों को डिजाइन करते समय, बिजली के घटकों और कंडक्टरों के लिए थर्मल गणना करना आवश्यक है। प्रस्तुत मॉडल और विश्लेषणात्मक संबंध हमें मुद्रित पटरियों की अधिकतम वर्तमान का अनुमान लगाने की अनुमति देते हैं और, इसके आधार पर, तांबे की परतों की आवश्यक मोटाई और कंडक्टरों की टोपोलॉजी का चयन करें। सटीक समाधान प्राप्त करने के लिए, विशेष सीएडी सिस्टम का उपयोग करना आवश्यक है, जबकि मुद्रित निर्माण बोर्डों के निर्माता से प्राप्त विनिर्माण त्रुटियों और तांबे चालकता डेटा को ध्यान में रखते हुए ज्यामिति को निर्दिष्ट करना वांछनीय है। मैं डी। ब्रूक्स लेखों को पढ़ने की सलाह देता हूं जो मुद्रित कंडक्टरों के तापमान का आकलन करने के तरीकों के विस्तृत विश्लेषण के लिए समर्पित हैं, जो मॉडलिंग क्षेत्र के क्षेत्रों के दृश्य परिणाम प्रदान करते हैं।

साहित्य

[१] ब्रूक्स डीजी, एडम जे। "ट्रेस करेंट्स एंड टेम्परेचर रिविजिटेड," अल्ट्राकाड, २०१५।
[२] एडम जे।, ब्रूक्स डीजी, "इन सर्च फॉर प्रीस एंड ओन्डरडोंक," अल्ट्राकैड, २०१५।

यह लेख सबसे पहले जर्नल एलायंस एंड टेक्नोलॉजीज 2018, नंबर 1 में प्रकाशित हुआ था। पत्रिका के संपादकों के साथ Geektimes पर प्रकाशन पर सहमति हुई है।