¶ Tamaño de pistas automático en kiCAD
De la misma forma en la que se debe seleccionar el calibre adecuado para un cable en un diseño eléctrico residencial para que la casa no se queme, cuando diseñamos una PCB debemos seleccionar el tamaño de las pistas para que la PCB no se queme.
Si desea configurar la PCB para que este cálculo se tome en cuenta, puede seguir el siguiente tutorial:
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1. Primero debemos calcular cuales serán las corrientes máximas que pasarán por las pistas de nuestro circuito en operación normal. Y para el ejemplo que estamos utilizando (ejemplo) tenemos una fuente de 5V en serie con un led y una resistencia de 1kOhm. Por lo que:
Y podemos utilizar factores de seguridad del 15% por ejemplo, por lo que .
2. Ahora, en la ventana principal de Kicad, seleccionamos la opción de "Schematic Editor".
3. Dentro del editor de esquemático, en la parte superior izquierda seleccionamos la opción de "Schematic setup":
4. Seleccionamos la pestaña de "Project > Net Classes" y en el botón (+) podemos agregar las corrientes que pasarán por las pistas de nuestro circuito. (Inclusive se puede cambiar el tamaño y color de estas "Netclasses")
6. Posteriormente, podemos asignar cada nodo a su respectiva Netclass. Y en nuestro caso, todos los nodos irán a la Netclass de . Para hacer esto pueden hacer Click derecho en el nodo y escoger la opción de “Asign Netclass".
Se abrirá una ventana y en la parte superior derecha seleccionan la Netclass correspondiente:
7. Ahora debemos indicar el tamaño de pista de acuerdo a este "Netclass" y para esto nos vamos al "Editor de PCBs":
8. Seleccionamos la opción de ajustes de PCB en la parte superior izquierda:
9. Seleccionamos la pestaña de "Design Rules > Net Classes". En donde se desplegarán las Netclasses que definimos anteriormente. Cada Net Class tiene una columna llamada "Track Width" y es ahí en donde podemos definir el ancho de la pista.
10. Ahora diseñaremos este ancho de pista.
La capacidad de corriente para cada pista depende de dos parámetros: el ancho y grosor.
El ancho no lo podemos manipular y depende del fabricante. En el caso de JLCPCB por ejemplo, este ancho lo podemos encontrar en su link de capacidades de fabricación (jlcpcb.com/capabilities), en donde encontraremos dos parámetros: el ancho en capas externas y el ancho en capas internas.
Como se observa, el fabricante nos indica que puede hacer capas externas de 1oz () y 2oz (). En nuestro ejemplo escogeremos un grosor de y no utilizaremos capas internas porque haremos una PCB solamente de 2 capas.
Hay que considerar el hecho de que entre mayor ancho escojamos, más cara se hace nuestra PCB.
Además, como se observó en Reglas de fabricación el fabricante tiene un límite de grosor mínimo y debemos estar pendientes de no diseñar pistas mas delgadas que este límite. ( en nuestro caso)
Para diseñar el grosor:
- Abrimos la herramienta de cálculo en la ventana principal de kiCAD y seleccionamos la pestaña de "Track Width". Se nos desplegará una calculadora de anchos:
- Podemos ingresar parámetros como el grosor de la pista (), la temperatura máxima de la pista por encima de la temperatura ambiente, la longitud promedio de la pista o la corriente (esta se recomienda hacerla 2 veces el ancho o largo de nuestra PCB).
- Si ingresamos una corriente de , un , una longitud promedio de y el grosor de (); observaremos que la calculadora nos sugiere un ancho de :
Sin embargo, este ancho está muy por debajo del ancho mínimo que nuestro fabricante puede hacer, por lo que el ancho mínimo de pista de o el ancho por defecto con el que ya venía la Net class de puede funcionar perfectamente.
En casos en donde las corrientes sean mayores, sí va a ser necesario aumentar el tamaño de la pista. Por eso es importante hacer esta verificación siempre que sea posible.
- Ahora podemor regresar a la pestaña de Net classes y ajustar el ancho diseñado:
Se recomienda, asimismo, incorporar protecciones en nuestras PCB y situarlas en puntos estratégicos para prevenir daños en condiciones de operación no convencionales. Algunos ejemplos de protecciones que podríamos emplear son:
▶ Fusibles
▶ Fusibles reseteables
▶ Protecciones contra sobre tensión