La dimensione delle piste nei circuiti stampati

[ Realizzare circuiti stampati: indice ] [ Pagina precedente ] [ Pagina successiva ]

Quando si realizzano circuiti stampati per alte correnti e/o alte tensioni è necessario usare maggiori larghezze delle piste e maggiori distanze di isolamento rispetto al minimo tecnicamente possibile. Non sempre è facile scegliere la misure corrette: spesso testi differenti riportano misure differenti. Inoltre alcune condizioni ambientali (temperatura, umidità) o legislativi introducono variabili di cui occorre tener conto.

Per quanto riguarda la massima corrente il parametro fondamentale da considerare è legato al riscaldamento delle piste causato dal passaggio della corrente. Usando basette ordinarie (cioè con uno spessore di rame pari a 35 micron) il seguente grafico permette di scegliere la larghezza adeguata in funzione della temperatura raggiunta dalla pista stessa; per ottenere la temperatura superficiale occorre sommare a quella indicata sul grafico la temperatura dell'ambiente in cui il circuito stampato è posto.

Si noti che la corrente indicata è quella media efficace (RMS) e non quella di picco che spesso è molto superiore.

Sovratemperatura vs corrente

Per esempio si consideri una pista in cui devono passare 10 A limitando il surriscaldamento a 10 °C. In questo caso la larghezza minimo è di circa 9 mm. Nella stessa pista possono passare circa 20 A causando un surriscaldamento di 30 °C (valore alto ma perfettamente accettabile). Oppure posso usare una pista di 2.5 mm se non ho particolari problemi di temperatura massima. Molti testi riportano grafici con sovratemperature fino a 100 °C, valore forse eccessivo, ma utile per comprendere che i valori indicati possono essere, anche di molto, superati.

Infine, per correnti più alte di quelle indicate (grossi alimentatori, azionamenti di grande potenza) è preferibile ricorrere ad accorgimenti diversi dal semplice allargamento delle piste:

Usare basette con un maggiore spessore del rame (70 micron praticamente permettono di dimezzare la larghezza a parità delle altre condizioni). Un analogo effetto può essere ottenuto anche stagnando le piste oppure sovrapponendo, saldandolo per tutta la lunghezza, spezzoni di filo alla pista stessa
Usare interi "piani" o comunque grandi aree in rame. È infatti utile notare che una superficie in rame collegata direttamente ad una pista permette di abbassarne in modo significativo la temperatura: per questo è possibile utilizzare piste in alcuni tratti (leggermente) sottodimensionate a condizione di collegarle ad aree in rame piuttosto ampie

A volte il problema non è tanto la temperatura raggiunta quanto la resistenza della pista (e quindi la caduta di tensione). Per calcolare tale resistenza può essere adottata la classica legge:

R = ro * l / A

La resistività del rame a 25 °C è di circa 0.018 µΩ/m e la sua variazione con la temperatura è piuttosto grande. A titolo di esempio, una pista lunga 10 cm (l = 0.1 m), dalla larghezza di 1 mm e lo spessore di 35 micron (A = 35 10^-9 m²) ha una resistenza di circa 0,05 ohm.

La scelta delle distanze di isolamento (clerance se misurata "in aria", creepage se misurata seguendo il contorno della superficie isolante) è molto più delicata a causa della grande variabilità delle normative e delle condizioni al contorno da considerare (umidità, pressione atmosferica, possibilità di contaminazioni superficiali, tipo di supporto isolante, presenza o meno di lacca protettiva). Linee guida ragionevoli sono riassunte nella seguente tabella

Tensione di picco (AC + DC)	Distanza minima
fino a 30 V	0,25 mm
fino a 350 V (= 250 Vac)	1,5 mm
fino a 1000 V	10 mm

Occorre però fare alcune precisazioni:

Alcuni testi riportano distanze inferiori, anche di molto (la metà)
A volte queste distanze non possono essere rispettate a causa delle dimensioni fisiche dei componenti (tipico il caso dei triac o transistor per alte tensioni in contenitore TO-220: la distanza tra i reofori del componente è inferiore a 1.5 mm ...)
Se si usa una lacca isolante, le distanze possono essere ridotte, sopratutto perché, osservazione forse non ovvia, è ostacolato il deposito di sporcizia o umidità
Le norme di sicurezza prevedono a volte distanze ben maggiori anche per applicazioni ordinarie (per esempio la VDE0806 - apparecchiature da ufficio - prevede una clearance minima di 8 mm per dispositivi collegati alla rete)

La dimensione delle piste

Realizzare circuiti stampati - Indice