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(多图) 电路设计师指导手册(4):安全地以及电线/电缆

Peter Wilson?? 2014年09月11日 ?? 收藏7

1.2 电线和电缆

本节将简要介绍在典型电子设备中经常见到的电线和电缆的主要类型。由于种类太多,因此发现大多数应用在局部范围内就能得到满足多少有点令人惊讶。首先,明确一些定义:电线是一些单独的电路导体,可以是绝缘的,也可以是非绝缘的。电缆是成组的单个导体,各导体单独绝缘,并且从结构上看包含在总的护套中。

1.2.1 电线类型

最简单的一种电线是镀锡铜线,根据要求的电流承载能力的不同有很多种规格。元件引脚几乎总是不变的镀锡铜材,但电线本身在电子行业中并没有广泛使用。其主要应用是印刷电路板上的连接,但越来越多双面板和多层电镀通孔板的使用使得它们经常显得多余。

镀锡铜线还可以用在可重新接线的熔丝连接中。绝缘式铜线主要用于绕线元件中,比如电感和变压器。其绝缘涂覆层是一种聚氨酯化合物,在加热时具有自熔特性,因此非常方便焊接,尤其是很薄的电线。

表1.2对各种规格铜线的尺寸、电流能力和其它属性进行了比较。在英国,镀锡铜线要符合BS EN 13602标准,搪瓷绝缘型铜线要符合BS EN 60182 (IEC 60182-1)标准。这些电线出售时都用公制标注,共有两种绝缘等级,等级1的绝缘层比较薄,等级2的击穿电压能力基本上是等级1的两倍。

电路设计师指导手册(4):安全地以及电线/电缆

电线电感

我们以前曾提过,任何长度的电线都有电感和电阻。截面为圆形的一段直线在高频时的电感值近似计算公式是:

L = K × l × (2.3 log10 (4l/d) - 1) μH

其中:l 和d分别是长度和直径,而且l >> d,尺寸单位为英寸时K等于0.0051,为厘米时K等于0.002。

这个公式可以用来算出表1.2中1米长度电线的电感(注意,这与每米电感值并不完全一样),从表中可以看出,电感只受电线直径的少许影响。增加横截面获得较低的电感值并不容易,不管导体尺寸是多少,当频率大于几kHz时阻抗中的电抗成份就占主导地位。

一个有用的经验法则是,普通设备电线一英寸长度的电感约为20nH,或者说一厘米长度的电感约为7nH。在性能受物理分割限制的高速数字和射频电路中以及电流变化率(di/dt)很高的电路中,这个因素变得非常重要。

设备电线

设备电线主要根据其绝缘性能进行分类。绝缘性能决定了电线的额定电压和环境属性,特别是其工作温度范围以及对化学物品和溶剂侵袭的抵抗能力。应用范围最广的标准类型电线是PVC,其绝缘性能符合BS 4808,最大额定温度为85℃。和25℃时的额定电流一样,你可以找到70℃时的电流值。在特定电流时允许高出最大额定温度15℃。PVC还支持针对大型导体开关设备应用的70℃额定温度以及美国和加拿大UL与CSA标准规定的105℃额定温度。PTFE用于更宽的温度范围,最高可达200℃,但较难使用。

其它更专用的绝缘材料包括用于测试引线的超柔性PVC以及用于高温(150℃)和恶劣环境的硅橡胶。许多电线能满足军用、电信和安全权威认证要求,在这些客户部署的项目中必须对此有明确规定。

表1.3给出了各种常见PVC设备电线的电气特性。注意,每种电线公布的额定电流与允许的温升有关。铜具有每摄氏度0.00393电阻率的正温度系数,因此电阻随电流增加而增加。如果实际环境温度较高,或者自身发热严重,那么使用室温电阻值可能要比实际好几个百分点。

电路设计师指导手册(4):安全地以及电线/电缆

绕线电线

另外一种专门类型的电线是绕线型电线,主要有两种尺寸和两种绝缘类型:Kynar,商标是Pennwalt,以及Tefzel,商标是Du Pont。Tefzel价格更高,但额定温度也更高,并且更容易剥皮。表1.4列出了4类电线的特性。

电路设计师指导手册(4):安全地以及电线/电缆

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【系列文章】

第一部分:[ 电路设计师指导手册(1):接地与布线]

第二部分:[电路设计师指导手册(2):电源返回路径与I/O信号接地]

第三部分:[电路设计师指导手册(3):板间互连、星形接地及屏蔽]

第五部分:[电路设计师指导手册(5):射频电缆、双绞线与串扰]

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