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PCB加热器制作教程

454398 来源:工程师吴畏 2019-08-01 17:39 次阅读

为什么要制造PCB加热器?

有些项目和产品需要某种加热,无论是否阻止电子产品变得过热冷,有助于控制湿度,加热物质,甚至防止一种物质粘在另一种物质上。大多数加热器元件由高电阻材料组成,其上施加电压,由此产生的电流使材料升温。例如,在制造加热元件时通常使用镍铬合金线(80%镍铬合金/20%铬)。它具有相对高的电阻(与铜和钢相比)并且在其首次使用后在外部形成氧化铬层,这防止元件在进一步使用后劣化。它还具有正温度系数,这意味着当它加热时,电阻增加,这有助于防止进一步加热(即,它是自调节的)。但是一些应用可能不会受益于镍铬合金加热器元件,因为这样的元件通常产生从线圈辐射的强热。如果需要这样一个元件来均匀地加热CNC床,那么它必须非常长,有很多圈,并且覆盖了床的大部分区域。

所以线加热器元件非常适合炊具,电路加热器和其他强烈的加热应用 - 但我们如何制造更容易制造且更易于处理的非强化加热元件?答案在于忠实的PCB跟踪。通过一些数学和对材料科学的理解,我们可以设计自己的加热器。

任何加热器元件的基本原理是元件固有地不是100%有效,甚至最好的导体也具有某种形式的电阻。当在导体上施加电压时,电流I流动,其值等于:

I = VR其中R =ρlA

对于电阻率小的导体(例如铜)所产生的电流将相当大(假设合理尺寸的导体,例如导线)。通过了解电流,我们可以计算出导线上的功耗:

P = VI

因此,我们举一个直径为1mm的铜线的例子,其电阻率为1.678 ×10-8Ω.m,长10cm。产生的电阻为0.0021365Ω,如果我们在电线上施加1V的电压,流经电线的电流将为468A!因此,功耗为1V * 468A,即468W。这是一个大量的散热,您必须了解的是,当导线变热(这几乎是瞬间)时,电阻也会增加,这会减少电流。一个很好的例子是钨丝灯泡,完全供电时电阻约为132.25欧姆(230V时40W灯泡)。

你可以看到计算电流和电阻可能相当棘手,但幸运的是,有些在线计算器可以帮助设计这些元素。一个计算器,特别是PCB走线宽度计算器,不仅有助于计算走线宽度,还允许我们输入温度上升。这是至关重要的,因为我们现在可以设计一个具有特定温升的元件。所以,让我们设计一个简单的种子萌发PCB加热元件!

这个加热器最重要的规格是温度上升,因为我们想要加热幼苗而不是烤它们。因此,我们所需的温度将升高20摄氏度,我们将以1安培的电流运行此加热器(使用漂亮的圆形数字)。我们还需要指定迹线长度,这很重要,因为我们的迹线将是加热器本身。为了获得均匀的热量,我们在PCB上需要很多迹线,因此选择较大的值有助于此。在这种情况下,我将输入2米。计算器的结果告诉我们,如果在其上施加10V的电压,7密耳的迹线宽度将产生所需的热量上升。然而,CNC上7密耳非常棘手,因此我将调整电流设置,直到迹线宽度至少为10密耳。将电流调整为1.2安培可产生10密耳的走线宽度,电压降为4.69伏。这对于家庭建筑来说更实用,通过我们新发现的细节,我们可以开始研究PCB布局。

跟踪布局

我们的迹线长度为2米,走线宽度为10密耳(0.254毫米)。我们需要创建这条迹线并将其蜿蜒到PCB上。正是在这一点上,我们必须决定痕量分离和加热器尺寸。这两者是成反比的,这意味着如果加热器本身的尺寸增加,则痕迹分离将增加,这将降低加热均匀性。在我们的例子中,我们将制作一个5厘米宽,边长为1厘米的小型加热器。这意味着来回的每条迹线长度为5厘米。对于2米的迹线,这会产生40条迹线。如果我们选择2mm的迹线间距,那么产生的加热器将是8cm长。

如果我们在这个设计中增加了跟踪的长度,那么产生相同温升所需的电压会增加。如果产生的加热器太小,请记住这一点。现在您可以使用科学,数学和在线计算器,您可以设计自己的PCB加热器!

各种设计

由于加热器的温度升高是其电阻和电压的函数,因此您不必总是从头开始设计加热器。只要您可以施加特定电压,您就可以使用任何加热器达到所需的温度。加热器的大小可能是最重要的特性,所以附加到这个项目的是各种加热器元件(包括它们的设计文件)。

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