Cómo usar la Calculadora de Ancho de Pista y Corriente
Esta calculadora te ayuda a determinar la Corriente Máxima que una pista de PCB puede manejar o el Ancho Requerido basado en un aumento de temperatura permitido. Introduce un valor y la calculadora determinará el otro límite basándose en el aumento de temperatura permitido. El último campo calculado se resaltará en verde para mayor claridad.
Adicionalmente, al introducir tu Corriente de Aplicación específica (la corriente que pasa por la pista en tu diseño), puedes ver la Caída de Tensión, Pérdida de Potencia y Resistencia de esa pista específica. La calculadora tiene en cuenta el coeficiente de temperatura del cobre a la temperatura de la pista calentada.
Usa las gráficas para visualizar cómo se comporta tu pista cerca del punto de operación calculado.
Cómo Dimensionar Correctamente una Pista PCB
Dimensionar una pista correctamente es un paso crítico en el diseño de PCB. Implica verificar dos límites principales: Térmico y Caída de Tensión.
- Límite Térmico: La pista debe ser lo suficientemente ancha para manejar la corriente sin sobrecalentarse y dañarse a sí misma o a pistas y componentes cercanos. Si una pista se calienta lo suficiente, puede actuar como un fusible y producir un circuito abierto no controlado. Las normas IPC definen este ancho basándose en un aumento de temperatura permitido (ej. +10°C).
- Caída de Tensión: Incluso si la pista no se quema, los trazados largos pueden tener suficiente resistencia para causar una caída de voltaje significativa. Esto puede causar que el voltaje en la carga caiga por debajo del valor requerido.
Recomendación: Calcula el ancho requerido para ambos casos y utiliza el mayor de los dos.
Si necesitas reducir el ancho de la pista por falta de espacio, puedes poner pistas paralelas en otra capa del PCB para que la corriente se divida entre ellas. En ese caso, asegúrate de que las vías estén dimensionadas correctamente para permitir que la corriente fluya a través de ellas.
Además de la temperatura y la caída de tensión, la inductancia de la pista es también crítica para señales de alta frecuencia como las presentes en fuentes de alimentación conmutadas, señales digitales o señales RF. La inductancia se minimiza ensanchando la pista y haciéndola lo más corta posible (asegúrate también de que hay un camino para el retorno de corriente justo debajo de la pista sin obstáculos).
En general, haz las pistas lo más cortas y anchas posible.
Modelo Térmico IPC-2221
IPC-2221 es el estándar genérico sobre diseño de circuitos impresos. Su modelo térmico se basa en unas medidas de temperatura sobre pistas que conducen diferentes corrientes. Estas medidas producen unas curvas de temperatura vs corriente que se puede aproximar mediante una fórmula con parámetros ajustados. Estas curvas se pueden encontrar en un conjunto de gráficos de la década de 1950 (originalmente para MIL-STD-275), lo que lo convierte en un estándar conservador. La fórmula es:
$$ I = k \cdot (\Delta T)^{0.44} \cdot A^{0.725} $$
Donde:
- I = Corriente Máxima [Amps]
- ΔT = Aumento de Temperatura [°C]
- A = Área de Sección Transversal [mils²]
- k = Constante de derrateo (0.048 para externas, 0.024 para internas)
Este método es muy conservador. Asume una sola pista en el aire e ignora las capacidades de disipación de calor de los materiales de placa modernos y los planos de cobre. Los datos para el estándar IPC-2152 más nuevo se basan en configuraciones de prueba más precisas y representativas para circuitos reales, pero no proporciona una fórmula algebraica única para el cálculo. Por lo tanto, IPC-2221 proporciona una línea base segura y fácil de calcular. Si tienes suficiente espacio en la PCB, úsalo. Si te encuentras en una situación con altas corrientes y temperaturas, considera realizar un análisis detallado con análisis de elementos finitos (FEA) y verifica siempre los diseños críticos con ensayos en temperatura.
Preguntas Frecuentes
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Debería hacer la pista con el ancho exacto que da la calculadora?
Puedes, pero es mejor hacerla un poco más ancha para reducir la resistencia y la inductancia, ya que causan caída de tensión y problemas de integridad de la señal. -
¿Debo confiar en IPC-2221 para diseños de alta corriente?
Para diseños de alta potencia o críticos, IPC-2221 puede ser demasiado conservador, resultando en pistas más anchas de lo necesario. IPC-2152 permite mayor optimización pero es más difícil de calcular manualmente. Para la mayoría de señales estándar y potencia moderada, IPC-2221 es un punto de partida seguro. -
¿Cómo afecta la longitud de la pista a la corriente máxima?
Según IPC-2221, la longitud no afecta significativamente la capacidad de corriente, que depende de la sección y la disipación de calor. Sin embargo, las pistas más largas aumentan la resistencia y la caída de tensión linealmente. En realidad, las dinámicas térmicas son más complejas y la geometría de la pista puede afectar la corriente máxima. -
¿Qué es el cobre de "1 oz"?
Es una medida basada en peso: 1 onza de cobre extendida para cubrir 1 pie cuadrado. Esto resulta en un espesor de aproximadamente 1.37 mils o 35 µm. -
¿Las vías manejan la misma corriente que las pistas?
No. Una vía actúa como un pequeño cilindro interno. Para igualar la capacidad de corriente de una pista ancha, a menudo necesitas múltiples vías cosidas juntas (un "array de vías") para reducir la resistencia efectiva y la inductancia.