CÔNG CỤ TÍNH TOÁN ĐỘ RỘNG ĐƯỜNG MẠCH PCB

1. Tiêu chuẩn IPC-2221 là gì?

IPC-2221 (Generic Standard on Printed Board Design) là tiêu chuẩn công nghiệp toàn cầu được chấp nhận rộng rãi nhất dành cho thiết kế bảng mạch in (PCB). Tiêu chuẩn này quy định mối quan hệ thực nghiệm giữa dòng điện, tiết diện dây dẫn (đồng) và độ tăng nhiệt độ cho phép để đảm bảo mạch hoạt động ổn định và an toàn.

2. Công thức tính tiết diện cắt ngang (Area)

Để tìm độ rộng đường mạch, trước tiên hệ thống phải tính toán tiết diện đồng cần thiết dựa trên dòng điện đi qua và độ gia nhiệt cho phép. Công thức cơ bản như sau:

3. Công thức tính độ rộng (Trace Width)

Sau khi có tiết diện đồng, độ rộng thực tế của đường mạch được tính dựa trên độ dày của lớp đồng (Copper Weight).

4. Tính toán thông số hao hụt (Điện trở & Sụt áp)

Công cụ không chỉ cung cấp độ rộng mà còn ước lượng các thông số tổn hao trên đường mạch, rất quan trọng đối với các đường nguồn (Power Traces) chịu dòng cao.

• Điện trở suất của đồng theo nhiệt độ ($\rho_T$): Nhiệt độ càng cao, điện trở của đồng càng tăng.
  $$\rho_T = \rho_{20} \cdot [1 + \alpha(T_{max} – 20)]$$
  (Với $\rho_{20} = 1.7241 \times 10^{-8} \, \Omega \cdot m$ và hệ số nhiệt $\alpha = 0.00393 \, /^\circ C$)
• Điện trở tổng của đường mạch ($R$):
  $$R = \frac{\rho_T \cdot L}{A_{m^2}}$$
  (Trong đó $L$ là chiều dài đường mạch)
• Sụt áp (Voltage Drop):
  $$V_{drop} = I \cdot R$$
• Tổn hao công suất (Power Dissipation): Năng lượng bị chuyển hóa thành nhiệt trên đường mạch.
  $$P_{loss} = I^2 \cdot R$$