PCB设计如何承载100A大电流？四种方案与铜厚线宽计算

通常的PCB设计电流都不会超过10A，甚至5A。尤其是在家用、消费级电子中，PCB上持续的工作电流通常不会超过2A。然而，当产品设计涉及动力走线时，情况就完全不同了。例如，为某产品设计动力走线，其持续电流可能达到80A左右。考虑到瞬时电流以及为整个系统留下足够的余量，动力走线的持续载流能力应设计在100A以上。

那么，什么样的PCB设计才能稳定承载100A的电流呢？下面介绍四种可行的工程方案。

方法一：优化PCB走线设计

探究PCB的载流能力，首先要从它的物理结构入手。以常见的双层PCB为例，其结构通常是三层：铜皮-板材-铜皮。电流流经的路径就是铜皮。根据基础物理知识，导体的电阻与材料、横截面积及长度有关。对于PCB铜皮，电阻率是固定的，其横截面积可近似看作铜箔的厚度，也就是PCB加工选项中的“铜厚”。

铜厚通常以盎司（OZ）表示，1OZ换算过来大约是35µm，2OZ是70µm，以此类推。因此，可以得出一个基本结论：在PCB上需要通过大电流时，布线应尽可能短而宽，并且使用更厚的铜箔。

在实际工程中，对于布线长度并没有一个绝对严格的标准。工程师通常综合铜厚、温升和线宽这三个核心指标来衡量PCB的载流能力。以下是一份常用的参考数据表：

图1：不同铜箔厚度与线宽下的载流能力（基于特定温升）

从表中可以看出，对于1OZ（35µm）铜厚的PCB，在10℃温升条件下，宽度为100mil（约2.5mm）的导线大约可通过4.5A的电流。值得注意的是，随着线宽增加，载流能力的提升幅度并非严格的线性关系，而是逐渐减缓，这与实际情况相符。此外，如果允许更高的温升，导线的载流能力也会相应提高。

结合这份表格以及更广泛的电子工程基础知识，可以总结出PCB布线的关键经验：增加铜厚、加宽线径、改善散热（控制温升） 是提升PCB载流能力的有效手段。因此，若要承载100A电流，一种方案是选择4OZ（约140µm）或更厚的铜箔，将走线宽度设计在15mm或以上，采用双面甚至多层并联走线以分摊电流，并辅以有效的散热设计（如添加散热片或风冷）来降低温升，确保系统长期稳定运行。

方法二：使用接线柱转接

如果PCB自身走线难以满足极高的电流需求，另一种可靠的方法是采用接线柱进行电流转接。具体做法是在PCB板上或产品外壳上，安装能够耐受100A电流的接线柱，例如表贴螺母、大电流PCB接线端子或铜柱等。然后，使用铜鼻子等端子将足够粗的、能承载100A的导线连接到这些接线柱上。这样，大电流的主要通路就由PCB铜箔转移到了专用导线上，从而绕过了PCB走线的瓶颈。

方法三：定制铜排

在工业领域，使用铜排来输送大电流是一种非常成熟和常见的做法，例如在电力变压器、服务器机柜等设备中广泛应用。铜排具有载流量大、机械强度高、散热好等优点。当PCB空间或工艺限制无法满足要求时，完全可以考虑定制专门的铜排来承担100A及以上电流的传输任务。

以下是一份铜排载流能力的参考表：

图2：不同规格铜排的直流与交流载流量参考

方法四：采用特殊PCB工艺

此外，还存在一些特殊的PCB制造工艺，可以极大提升其载流能力。例如，英飞凌（Infineon）曾推出过一种多层PCB方案，采用三层铜层设计：顶层和底层用于常规的信号布线，而中间则是一层厚度高达1.5mm的纯铜层，专门用于布置电源网络。这种结构利用厚铜层极低的电阻，可以轻松实现小体积下超过100A的电流传输。不过，这类特殊工艺对PCB工厂的加工能力要求很高，可能需要寻找具备相应技术和设备的供应商。