為什么要制造PCB加熱器？

有些項(xiàng)目和產(chǎn)品需要某種加熱，無(wú)論是否阻止電子產(chǎn)品變得過(guò)熱冷，有助于控制濕度，加熱物質(zhì)，甚至防止一種物質(zhì)粘在另一種物質(zhì)上。大多數(shù)加熱器元件由高電阻材料組成，其上施加電壓，由此產(chǎn)生的電流使材料升溫。例如，在制造加熱元件時(shí)通常使用鎳鉻合金線（80％鎳鉻合金/20％鉻）。它具有相對(duì)高的電阻（與銅和鋼相比）并且在其首次使用后在外部形成氧化鉻層，這防止元件在進(jìn)一步使用后劣化。它還具有正溫度系數(shù)，這意味著當(dāng)它加熱時(shí)，電阻增加，這有助于防止進(jìn)一步加熱（即，它是自調(diào)節(jié)的）。但是一些應(yīng)用可能不會(huì)受益于鎳鉻合金加熱器元件，因?yàn)檫@樣的元件通常產(chǎn)生從線圈輻射的強(qiáng)熱。如果需要這樣一個(gè)元件來(lái)均勻地加熱CNC床，那么它必須非常長(zhǎng)，有很多圈，并且覆蓋了床的大部分區(qū)域。

所以線加熱器元件非常適合炊具，電路加熱器和其他強(qiáng)烈的加熱應(yīng)用 - 但我們?nèi)绾沃圃旄菀字圃烨腋子谔幚淼姆菑?qiáng)化加熱元件？答案在于忠實(shí)的PCB跟蹤。通過(guò)一些數(shù)學(xué)和對(duì)材料科學(xué)的理解，我們可以設(shè)計(jì)自己的加熱器。

任何加熱器元件的基本原理是元件固有地不是100％有效，甚至最好的導(dǎo)體也具有某種形式的電阻。當(dāng)在導(dǎo)體上施加電壓時(shí)，電流I流動(dòng)，其值等于：

I = VR其中R =ρlA

對(duì)于電阻率小的導(dǎo)體（例如銅）所產(chǎn)生的電流將相當(dāng)大（假設(shè)合理尺寸的導(dǎo)體，例如導(dǎo)線）。通過(guò)了解電流，我們可以計(jì)算出導(dǎo)線上的功耗：

P = VI

因此，我們舉一個(gè)直徑為1mm的銅線的例子，其電阻率為1.678 ×10-8Ω.m，長(zhǎng)10cm。產(chǎn)生的電阻為0.0021365Ω，如果我們?cè)陔娋€上施加1V的電壓，流經(jīng)電線的電流將為468A！因此，功耗為1V * 468A，即468W。這是一個(gè)大量的散熱，您必須了解的是，當(dāng)導(dǎo)線變熱（這幾乎是瞬間）時(shí)，電阻也會(huì)增加，這會(huì)減少電流。一個(gè)很好的例子是鎢絲燈泡，完全供電時(shí)電阻約為132.25歐姆（230V時(shí)40W燈泡）。

你可以看到計(jì)算電流和電阻可能相當(dāng)棘手，但幸運(yùn)的是，有些在線計(jì)算器可以幫助設(shè)計(jì)這些元素。一個(gè)計(jì)算器，特別是PCB走線寬度計(jì)算器，不僅有助于計(jì)算走線寬度，還允許我們輸入溫度上升。這是至關(guān)重要的，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在可以設(shè)計(jì)一個(gè)具有特定溫升的元件。所以，讓我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的種子萌發(fā)PCB加熱元件！

這個(gè)加熱器最重要的規(guī)格是溫度上升，因?yàn)槲覀兿胍訜嵊酌缍皇强舅鼈儭Ｒ虼耍覀兯璧臏囟葘⑸?0攝氏度，我們將以1安培的電流運(yùn)行此加熱器（使用漂亮的圓形數(shù)字）。我們還需要指定跡線長(zhǎng)度，這很重要，因?yàn)槲覀兊嫩E線將是加熱器本身。為了獲得均勻的熱量，我們?cè)赑CB上需要很多跡線，因此選擇較大的值有助于此。在這種情況下，我將輸入2米。計(jì)算器的結(jié)果告訴我們，如果在其上施加10V的電壓，7密耳的跡線寬度將產(chǎn)生所需的熱量上升。然而，CNC上7密耳非常棘手，因此我將調(diào)整電流設(shè)置，直到跡線寬度至少為10密耳。將電流調(diào)整為1.2安培可產(chǎn)生10密耳的走線寬度，電壓降為4.69伏。這對(duì)于家庭建筑來(lái)說(shuō)更實(shí)用，通過(guò)我們新發(fā)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，我們可以開(kāi)始研究PCB布局。

跟蹤布局

我們的跡線長(zhǎng)度為2米，走線寬度為10密耳（0.254毫米）。我們需要?jiǎng)?chuàng)建這條跡線并將其蜿蜒到PCB上。正是在這一點(diǎn)上，我們必須決定痕量分離和加熱器尺寸。這兩者是成反比的，這意味著如果加熱器本身的尺寸增加，則痕跡分離將增加，這將降低加熱均勻性。在我們的例子中，我們將制作一個(gè)5厘米寬，邊長(zhǎng)為1厘米的小型加熱器。這意味著來(lái)回的每條跡線長(zhǎng)度為5厘米。對(duì)于2米的跡線，這會(huì)產(chǎn)生40條跡線。如果我們選擇2mm的跡線間距，那么產(chǎn)生的加熱器將是8cm長(zhǎng)。

如果我們?cè)谶@個(gè)設(shè)計(jì)中增加了跟蹤的長(zhǎng)度，那么產(chǎn)生相同溫升所需的電壓會(huì)增加。如果產(chǎn)生的加熱器太小，請(qǐng)記住這一點(diǎn)。現(xiàn)在您可以使用科學(xué)，數(shù)學(xué)和在線計(jì)算器，您可以設(shè)計(jì)自己的PCB加熱器！

各種設(shè)計(jì)

由于加熱器的溫度升高是其電阻和電壓的函數(shù)，因此您不必總是從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)加熱器。只要您可以施加特定電壓，您就可以使用任何加熱器達(dá)到所需的溫度。加熱器的大小可能是最重要的特性，所以附加到這個(gè)項(xiàng)目的是各種加熱器元件（包括它們的設(shè)計(jì)文件）。