無焊麵包板最大電流到底是多少?實測阻抗、電壓降與功率散熱完整解析

**[麵包板](https://www.digikey.tw/zh/products/filter/%E5%85%8D%E7%84%8A%E5%BC%8F%E8%A9%A6%E9%A9%97%E9%9B%BB%E8%B7%AF%E6%9D%BF/638)**可承受的電流能力,與其內部金屬夾片的電阻率,金屬條的橫截面積(厚度)以及插孔與元件腳的接觸電阻有關。請回想一下:一個無焊麵包板由許多端子排(Terminal Strips)組成,包括 5 位置的端子排,以及較長的電源匯流排(Power Rails)。

在繼續之前,我們必須意識到:麵包板的阻抗也取決於它的使用年限製作品質。以下文章使用的是一塊全新、從未使用過的麵包板作。

測量麵包板阻抗的方法

阻抗量測採用 四線式(4‑wire) 方法。透過麵包板(使用 22 AWG 導線)接入已知電流,並在下圖所示位置量測電壓。例如,在麵包板的電源匯流排通入 0.5 A,儘可能靠近麵包板量測到的電壓為 40 mV。依照歐姆定律,計算阻抗為 80 mΩ。這個計算會對麵包板各個匯流排重複進行,並將結果平均。

平均而言,圖下方所示的 5.75 吋 麵包板段落測得 80 mΩ。第二組量測在麵包板右側電源匯流排進行,平均而言,該 2.75 吋 段落得到 48 mΩ

兩段量測結果的差值(Δ)為 32 mΩ,如圖中紅色區域所示。給定該段長度為 3 吋,且阻抗為 32 mΩ,可推導出麵包板內部金屬條的阻抗約為 每英吋 11 mΩ。此時假設這塊新麵包板的各指片接觸電阻皆相同。

接著,可推定麵包板右側的電源匯流排阻抗約為 30 mΩ,計算如下:

2.75 吋 × 11 mΩ/吋 = 30 mΩ。

量測值 48 mΩ 與計算值 30 mΩ 的差異是 18 mΩ,即為接觸指片的接觸電阻。

根據實測數據建立麵包板模型

綜合上述,我們可將這塊麵包板建模為:

  • 每個接觸點 10 mΩ
  • 每英吋匯流排 11 mΩ

有了這些資訊後,我們便能推估給定電流下的電壓降與耗散功率。

需要再次強調,這是「全新、未使用過的麵包板」模型。我也曾以老舊但仍可用的麵包板進行實驗,其劣化程度明顯,結果顯示接觸電阻可能高達 50 mΩ —— 是理想模型的五倍。

1A 的計算示例

假設有 1 A 的連續電流 通過。為保守起見,採用 50 mΩ 的接觸電阻估計,並假設電流通過匯流排的一半長度。

R_{Total} = 50\ mΩ + (2.75 *11\ mΩ) + 50\ mΩ = 130\ mΩ

V_{drop} = 130\ mΩ * 1\ A = 130\ mV

P_{loss} = \dfrac{(130 \ mV)^2}{130 \ mΩ} = 130 \ mW

以我的觀點,這看起來是合理的設計。熱量會分散在 2.75 吋長度的匯流排上。


5A 的計算示例

再試一次,把電流提高到 5A。仍然使用 50 mΩ 的估計值。

R_{Total} = 50\ mΩ + (2.75 *11\ mΩ) + 50 \ mΩ = 130 \ mΩ

V_{drop} = 130 \ mΩ * 5 = 650 \ mV

P_{loss} = \dfrac{(650 \ mV)^2}{130\ mΩ} = 3.25\ W

這是一個 不可接受的情況。請回想功率會隨電流平方成長。電流變為原本的 5 倍,功率散熱變成 25 倍 —— 從原本的 130 mW 變為 3.25 W
這些熱量困在麵包板的絕緣塑膠腔體中,非常危險:

  • 可能會融化塑膠
  • 若碰到該段導線,可能會燙傷

結語

本文的計算顯示麵包板大約能承受 1 A 左右 的電流。這是良好的設計起點,但絕非最終答案。

如前面所述:

  • 麵包板接觸指片的狀況會大幅影響性能
  • 需要同時考慮裝在麵包板上的元件會產生的熱
    • 例如安裝 7805 穩壓器或其他中功耗元件
    • 其熱量會傳到接觸指片中,增加 I²R 損耗
    • 高溫會氧化接觸面,提高電阻
    • 可能削弱彈片彈性,使狀況持續惡化