PCB走线电流计算器 - IPC-2221载流能力
按 IPC-2221 标准计算外层和内层铜导体的 PCB 走线载流能力、横截面积和功率损耗，并可调整温升。
输入走线宽度、铜重、温升，以及走线位于外层还是内层。计算器会应用 IPC-2221 公式确定安全载流能力。
PCB走线电流计算器 - IPC-2221载流能力
按 IPC-2221 标准计算外层和内层铜导体的 PCB 走线载流能力、横截面积和功率损耗，并可调整温升。
关于 PCB 走线电流计算器
PCB 上的每条铜走线都有一个安全最大载流能力。当电流流过走线时，走线电阻会按照 P = I²R 将电能转化为热量。如果走线无法足够快地散热，温度会持续上升，直到走线熔断或周围 PCB 材料受损。IPC-2221 标准（印制板设计通用标准）提供了基于经验推导的公式，用来平衡走线横截面积、温升和走线位置（外层或内层）。
IPC-2221 载流能力公式为：I = k × ΔT^0.44 × A^0.725，其中 I 是最大电流（安培），ΔT 是高于环境温度的允许温升（摄氏度），A 是走线横截面积（mil²），k 是取决于走线位置的常数。IPC-2221 规定外层走线 k = 0.048，内层走线 k = 0.024。内层走线的 k 值较低，因为它们被介电材料包围，而介电材料的导热性低于外层走线周围的空气。
横截面积 A 等于走线宽度（mil）乘以铜厚（mil）。铜厚由铜重决定。每平方英尺一盎司铜（1 oz）约等于 1.378 mil（35 μm）。2 oz 铜为 2.756 mil（70 μm）。更重的铜通常用于承载大电流或要求更低电阻的电源走线。
单位长度电阻为：R/in = ρ / A，其中 20°C 时铜的 ρ 约为 0.679 Ω·mil²/in。该电阻会随温度升高而增加：R(T) ≈ R₂₀ × (1 + 0.00393 × (T − 20))。每英寸功耗为 P/in = I² × R/in，即走线必须承受的自发热负载。
常用作设计经验规则的 10°C 温升对应保守且热稳定的走线。20°C 温升适用于大多数商用电子产品。超过 30°C 时，PCB 材料会开始加速老化，焊点可靠性也会降低。对于高可靠性和航天应用，IPC-2221 3 级建议将走线温度限制在最高环境温度以上 30°C 以内。
PCB 走线电流示例
使用 IPC-2221 公式，针对常见铜重和温升的标准设计场景。
| 走线配置 | 最大电流 | 备注 |
|---|---|---|
| 外层，W=10mil，1oz Cu，ΔT=10°C | ≈ 0.9 A | 10 mil 宽、1 oz 的外层走线，温升仅 10°C，是一种保守设计，适合对自发热噪声敏感的模拟电路。 |
| 外层，W=50mil，1oz Cu，ΔT=20°C | ≈ 3.9 A | 用于中等功率电源轨的较宽走线。20°C 温升是商用电子产品最常见的设计目标。 |
| 外层，W=200mil，2oz Cu，ΔT=30°C | ≈ 20.8 A | 使用厚铜的电源母线走线。使用 2 oz 铜大致可使横截面积翻倍，相比同宽度的 1 oz 走线显著提高载流能力。 |
| 内层，W=50mil，1oz Cu，ΔT=20°C | ≈ 1.9 A | 尺寸与上方外层示例相同的内层走线。内层 k = 0.024 系数使其载流能力约比等效外层走线低 50%。 |
如何使用 PCB 走线电流计算器
- 输入以 mil 为单位的走线宽度。1 mil 是千分之一英寸；10 mil = 0.254 mm。典型信号走线为 4–10 mil；电源走线为 20–200 mil 或更宽。
- 选择铜重。大多数 PCB 的信号层使用 1 oz 铜（厚 1.378 mil）。电源层通常使用 2 oz 或更厚的铜。
- 输入温升 (ΔT)。这是高于环境温度的最大可接受温升；10°C 较保守，20°C 是商用电子的标准值，30°C 是可靠运行的上限。
- 外层走线选择“外层”(k = 0.048)，内层走线选择“内层”(k = 0.024)。内层走线散热效率较低。
- 点击计算。查看最大电流、横截面积、每英寸电阻和功率损耗。如果额定电流不足，请加宽走线。
PCB 走线电流计算器常见问题
我的设计应该使用多大的温升？
最常见的设计规则是：模拟和精密电路使用 10°C，一般商用电子使用 20°C，具备充分热管理的电源电路可使用最高 30°C。更高温升允许更窄走线，但会加速 PCB 材料老化并增加焊点疲劳。IPC-2221 3 级（军用和生命关键应用）通常要求将温升限制在 10°C。
为什么内层走线比外层走线承载的电流更小？
内层走线四周被 FR-4 或类似介电材料包围，而这些材料的导热性远低于空气。IPC-2221 公式通过内层 k = 0.024、外层 k = 0.048 来体现这一点，也就是说相同尺寸的内层走线约只能承载外层走线安全电流的 50%。
如何将走线宽度从 mm 转换为 mil？
将毫米数乘以 39.37 即可得到 mil（千分之一英寸）。例如，0.254 mm = 10 mil，0.5 mm = 19.7 mil ≈ 20 mil，1 mm = 39.37 mil ≈ 40 mil。大多数 PCB 设计工具会同时显示两种单位；本计算器使用 mil 以匹配 IPC-2221 公式系数。
铜重与走线厚度有什么关系？
铜重以每平方英尺多少盎司表示。将一盎司（1 oz）铜铺满一平方英尺时，厚度约为 1.378 mil（35 μm）。2 oz 铜为 2.756 mil（70 μm）。更厚的铜电阻更低、载流能力更高，但更难蚀刻精细图形，成本也更高。
PCB 走线的电阻是多少？
每英寸电阻为 R/in = 0.679 / A，其中 A 是以 mil² 表示的横截面积，0.679 是 20°C 时铜的电阻率，单位为 Ω·mil²/in。温度更高时，电阻大约每高于 20°C 一摄氏度增加 0.393%。对于 1 oz、10 mil 走线（A = 13.78 mil²），R/in ≈ 0.049 Ω/inch，在 1 A 电流下，3 英寸走线会产生 0.147 V 压降。
IPC-2221 的数值保守吗？
是的。IPC-2221 图表和公式来自静止空气、无强制对流条件下的经验测量，并包含安全裕量。实际中，具有良好气流、附近有大面积铜皮或通过热过孔连接到内层平面的走线，通常可以安全承载比 IPC 公式建议更高的电流。安全关键设计应遵循 IPC 数值；经过充分测试的商用应用可接受约 ±20% 的适度降额调整。