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Calculateur de largeur de piste PCB

Bienvenue dans le calculateur de largeur de piste PCB ! Cet outil vous aide à déterminer la largeur optimale d'une piste en cuivre pour votre conception PCB, garantissant qu'elle peut transporter en toute sécurité un courant spécifié sans dépasser l'augmentation de température souhaitée. En saisissant la longueur de votre piste, nous pouvons également estimer les paramètres électriques clés tels que la résistance, la chute de tension et la perte de puissance, qui sont essentiels pour un fonctionnement efficace du circuit.

Veuillez noter que ces résultats sont basés sur les formules standard IPC-2221 et constituent des estimations ; les performances réelles peuvent varier en fonction de votre application spécifique. Pour les couches internes, vous aurez probablement besoin de traces plus larges que pour les traces de surface. Veillez donc à sélectionner le calcul approprié en fonction des besoins de votre conception.

Internal Layer Results:

Required Trace Width (W):

Resistance:

Voltage Drop:

Power Loss:

External Layer Results:

Required Trace Width (W):

Resistance:

Voltage Drop:

Power Loss:

Comprendre la norme IPC-2221

La norme IPC-2221 (et sa version mise à jour, IPC-2221A) est la norme reconnue par l'industrie pour la conception de circuits imprimés. Elle fournit des formules empiriques pour calculer la largeur des pistes en fonction des facteurs suivants :

Capacité de transport de courant : le courant maximal qu'une piste peut transporter sans surchauffer.
Élévation de température : augmentation de la température due au courant circulant dans la piste.
Épaisseur du cuivre : les couches de cuivre plus épaisses peuvent supporter plus de courant.
Type de couche : les couches externes dissipent la chaleur plus efficacement que les couches internes.

La capacité de transport de courant désigne le courant maximal qu'un conducteur (tel qu'une piste de circuit imprimé) peut transporter en toute sécurité sans générer de chaleur excessive ni causer de dommages. Elle dépend principalement des facteurs suivants :

Matériau du conducteur : les différents matériaux conducteurs ont des résistivités différentes. Par exemple, le cuivre est un matériau conducteur couramment utilisé dans les circuits imprimés car il a une résistivité relativement faible, ce qui lui permet de conduire des courants plus importants avec une section transversale plus petite.
Section transversale du conducteur : plus la section transversale est grande, plus la résistance du conducteur est faible et plus le courant qu'il peut transporter est important. En effet, une section transversale plus grande offre davantage de chemins pour le flux d'électrons, ce qui réduit les collisions entre les électrons et les atomes et diminue ainsi la résistance.
Conditions de dissipation thermique : de bonnes conditions de dissipation thermique permettent de dissiper efficacement la chaleur générée par le conducteur, améliorant ainsi sa capacité à transporter le courant. Par exemple, dans la conception des circuits imprimés, des couches de dissipation thermique et des vias thermiques peuvent être ajoutés pour améliorer la dissipation thermique.

Lorsque le courant traverse un conducteur, la résistance de ce dernier génère de la chaleur, ce qui entraîne une augmentation de sa température. L'augmentation de température correspond à la hausse de la température du conducteur par rapport à la température ambiante. L'ampleur de cette augmentation dépend principalement des facteurs suivants :

Ampleur du courant : selon la loi de Joule $Q = I^{2} Rt$ (où $Q$ est la chaleur, $I$ est le courant, $R$ est la résistance et $t$ est le temps), plus le courant est important, plus la chaleur générée est importante et plus l'élévation de température est élevée.
Résistance du conducteur : plus la résistance est élevée, plus la quantité de chaleur générée est importante pour un même courant, ce qui entraîne une augmentation de température plus importante.
Conditions de dissipation thermique : de bonnes conditions de dissipation thermique permettent de dissiper la chaleur plus rapidement, réduisant ainsi l'augmentation de température.

IPC - 2221 Formules :

Selon la norme IPC-2221, les formules clés sont les suivantes :

Section transversale :

A = \frac{I}{k \cdot ΔT b}

Variables:

A: Cross-sectional area (mm²)
I: Current (Amperes)
k: Material constant
0.024 for internal layers
0.048 for external layers
ΔT: Temperature rise (°C)
b: Empirical exponent (0.44 for ΔT ≤ 100°C)

Largeur de trace requise (W) :

W = \frac{A}{T \cdot 1.378}

Variables:

W:Trace width (mils)
A: Cross-sectional area from Formula 1 (mm²)
T: Copper thickness (oz/ft²)
1.378: Imperial conversion factor

Internal Layer Trace Width:

W = \frac{0.048 \cdot I^{0.44} \cdot T^{0.725}}{{ΔT}^{0.44}}

External Layer Trace Width:

W = \frac{0.024 \cdot I^{0.44} \cdot T^{0.725}}{{ΔT}^{0.44}}

Résistance :

R = ρ \cdot \frac{L}{T \cdot W} \cdot [1 + α \cdot (t e m p - 25)]

Variables:

R: Trace resistance (Ω)
ρ: Copper resistivity
- 1.72×10⁻⁸ Ω·m (standard)
- 2.44×10⁻⁸ Ω·m @ 100°C
L: Trace length (meters)
T: Copper thickness
- 1 oz/ft² = 0.0347 mm
- 2 oz/ft² = 0.0694 mm
W: Trace width (meters)
α: Temperature coefficient
- 0.00393/°C for copper
- ≈ 3900 ppm/°C
temp: Operating temperature (°C)

Chute de tension :

V = I \cdot R = I \cdot \frac{ρ \cdot L}{A}

Variables:

V: Voltage drop (Volts)
I: Current (Amperes)
ρ: Copper resistivity
- 1.72×10⁻⁸ Ω·m @ 20°C
- Temperature adjusted value shown
L: Trace length
- In meters (SI units)
- 1 inch = 0.0254 m

Perte de puissance :

P = I^{2} \cdot R

Variables:

P: Power dissipation
- Unit: Watts (W)
- Critical for thermal management
- Max limit determined by PCB material
I: Current
- Unit: Amperes (A)
- RMS value for AC circuits
- Peak value consideration required
R: Trace resistance
- Unit: Ohms (Ω)
- Calculated by: $R = \frac{ρ \cdot L}{T \cdot W}$
- Temperature-dependent property

Conditions environnementales :

W_{adj} = W \cdot {(1 + \frac{RH}{100})}^{0.25}

Variables:

W_adj: Adjusted trace width
W: Base width from Formula 2
RH: Relative humidity (%)
0.25: Environmental factor exponent

Dérivation de l'équation IPC - 2221

IPC – 2221 est une norme générale pour la conception de cartes de circuits imprimés (PCB). L'équation permettant de calculer la largeur des pistes qui y figure est dérivée à partir de données expérimentales et d'analyses théoriques.

Principe fondamental

Le dérivé de cette équation repose sur le principe de l'équilibre thermique du conducteur, c'est-à-dire que la chaleur générée par le conducteur est égale à la chaleur dissipée. Lorsque le conducteur atteint l'équilibre thermique, l'augmentation de température reste stable.

Processus de dérivation

Step1: Heat Generation

According to Joule's law, when a current $I$ passes through a conductor with resistance $R$ , the heat generated per unit time $P_{gen}$ is given by the formula:

P_{gen} = I^{2} R

Step2: Heat Dissipation

Heat dissipation mainly occurs through convection and radiation. For PCB traces, convection is the main heat - dissipation method. The power of convective heat dissipation $P_{diss}$ can be expressed as:

P_{diss} = h A Δ T

where $h$ is the convective heat - transfer coefficient, $A$ is the heat - dissipation area of the conductor, and $Δ T$ is the temperature rise.

Step3: Thermal Equilibrium

When thermal equilibrium is reached, the heat generated equals the heat dissipated, so we have:

P_{gen} = P_{diss}

Substituting the expressions for $P_{gen}$ and $P_{diss}$ , we get $I^{2} R = h A Δ T$ .

Resistance Calculation

The resistance of the conductor $R$ is calculated using the formula:

R = ρ \frac{l}{A_{c}}

where $ρ$ is the resistivity of the conductor, $l$ is the length of the conductor, and $A_{c}$ is the cross - sectional area of the conductor.

Step5: Trace Width Calculation

Substituting $R$ into the thermal equilibrium equation and after a series of experimental data fitting and corrections, the formula for calculating the trace width $W$ in IPC - 2221 is obtained.

For internal layer traces:

W = \frac{0.048 \times I^{0.44} \times T^{0.725}}{{Δ T}^{0.44}}

For external layer traces:

W = \frac{0.024 \times I^{0.44} \times T^{0.725}}{{Δ T}^{0.44}}

where $W$ is the trace width (in inches), $I$ is the current (in amperes), $T$ is the copper foil thickness (in ounces per square foot), and $Δ T$ is the temperature rise (in degrees Celsius).

Facteurs influant sur la largeur des traces

Bien que la norme IPC-2221 constitue une base solide, d'autres facteurs doivent être pris en compte :

Conditions environnementales :

Altitude : À haute altitude, l'air est plus rare, ce qui réduit la dissipation thermique.
Boîtiers : les traces à l'intérieur d'espaces clos peuvent ne pas refroidir aussi efficacement.
Revêtements conformes : ces revêtements peuvent isoler les traces et affecter le transfert de chaleur.

Propriétés des matériaux :

Résistivité : les différents alliages de cuivre ont des résistivités électriques différentes.
Géométrie des pistes : les pistes larges et courtes sont plus efficaces pour acheminer le courant.

Objectifs de conception :

Intégrité du signal : les traces étroites peuvent provoquer des déséquilibres d'impédance dans les circuits haute fréquence.
Intégrité de l'alimentation : des pistes épaisses sont essentielles pour minimiser les chutes de tension dans les réseaux d'alimentation électrique.

Comment utiliser efficacement la calculatrice ?

Déterminez vos exigences en matière de conception : déterminez le courant maximal, l'élévation de température et l'environnement d'exploitation.
Paramètres d'entrée : entrez les valeurs dans le calculateur. Utilisez le mode « Avancé » pour des calculs détaillés.
Vérifiez les résultats : vérifiez la largeur des pistes et les paramètres électriques. Ajustez les entrées si nécessaire.
Validez avec votre fabricant : confirmez les résultats avec votre fabricant de circuits imprimés afin de garantir la faisabilité.

Réponses aux questions fréquentes

Q : Puis-je utiliser le calculateur pour des conceptions haute tension ?

R : Oui, mais référez-vous également aux normes de sécurité telles que IPC – 2221 pour les distances d'isolement et les espaces libres.

Q : Que faire si mon circuit imprimé comporte plusieurs couches ?

R : Utilisez la calculatrice séparément pour chaque couche, en tenant compte des propriétés thermiques de chacune.

janvier 29, 2026

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Calculateur de largeur de piste PCB

Comprendre la norme IPC-2221

IPC - 2221 Formules :

Dérivation de l'équation IPC - 2221

Principe fondamental

Processus de dérivation

Step1: Heat Generation

Step2: Heat Dissipation

Step3: Thermal Equilibrium

Resistance Calculation

Step5: Trace Width Calculation

Facteurs influant sur la largeur des traces

Conditions environnementales :

Propriétés des matériaux :

Objectifs de conception :

Comment utiliser efficacement la calculatrice ?

Réponses aux questions fréquentes

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