電源設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)-載流業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)知多少？

2016-12-20 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

問(wèn)

答

那就征集下大家載流設(shè)計(jì)的規(guī)范吧:允許溫升20度的情況下,外層走線(xiàn),銅厚0.5oz,電鍍后為1oz,1安培電流需要多寬的走線(xiàn)?5安培電流需要多寬的走線(xiàn)?一個(gè)12mil的過(guò)孔,孔銅厚度滿(mǎn)足IPC 2級(jí)標(biāo)準(zhǔn),能安全承載多少安培的電流?

其實(shí)我猜到了大家的答案一定是五花八門(mén),并且各種數(shù)值之間差距很大。我猜到了結(jié)局,但是結(jié)局還是超出我的預(yù)料。我們來(lái)簡(jiǎn)單整理一個(gè)表格:(表格空間有限,我們就不追求嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋磉_(dá)方式了,大家能理解就好)

電源設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)-載流業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)知多少？ansys hfss圖片1

看起來(lái)差距很大,那我們本期的評(píng)分該怎么辦呢?其實(shí)問(wèn)出這個(gè)問(wèn)題,就知道是給自己挖了一個(gè)坑,評(píng)分會(huì)變得很難。因?yàn)槠鋵?shí)很難評(píng)論誰(shuí)是對(duì)是錯(cuò),保守的規(guī)則有它的適用場(chǎng)景,激進(jìn)的規(guī)則,可能并不能被大家接受。不過(guò)回答5A電流只要60mil~90mil的那些朋友們,你們?cè)诠镜脑O(shè)計(jì)真的是按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)做的嗎?如果是的話(huà),我就只能說(shuō)一句:服了!^-^

在PCB設(shè)計(jì)領(lǐng)域,應(yīng)該很少見(jiàn)到這么大的理解偏差了,為什么載流方面大家的回答會(huì)差這么遠(yuǎn)呢?這個(gè)我們?cè)谙轮艿脑?huà)題會(huì)更詳細(xì)闡述下。今天只想說(shuō),我很欣喜看到有好些朋友引用了IPC的規(guī)范,這是一個(gè)好的習(xí)慣,可以先參考下行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)是怎么說(shuō)的,于是就有了這個(gè)公式:

電源設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)-載流業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)知多少？HFSS圖片2

這是IPC2221A就提到的計(jì)算公式了,一些工具會(huì)基于IPC2221A的公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算,一些新的工具又會(huì)用到IPC2156的規(guī)范。比如一個(gè)后面文章會(huì)經(jīng)常提及的一個(gè)免費(fèi)工具Saturn,可以說(shuō)是PCB設(shè)計(jì)領(lǐng)域的計(jì)算神器,大部分你在高速PCB設(shè)計(jì)時(shí)想計(jì)算的參數(shù),這個(gè)工具可以說(shuō)都涵蓋了。當(dāng)然,計(jì)算結(jié)果怎么使用,是否合適?那是你的判斷與分析了,工具只是工具而已。

為了大家的方便,我們也提供下工具的下載鏈接,大家可以去研究研究:

http://www.edadoc.com/cn/TechnicalArticle/Show.aspx?id=1039

電源設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)-載流業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)知多少？HFSS圖片3

可以看到,在設(shè)置的時(shí)候,你可以選擇IPC-2152或者IPC2221A規(guī)范。行業(yè)規(guī)范太多,每個(gè)公司為了保留裕量,又會(huì)有不同的考量,所以最后才導(dǎo)致了載流在業(yè)內(nèi)沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

那么言歸正傳,本次所有答題者全部是3分,算是再次陽(yáng)光普照,感謝大家的熱心參與。

(以下內(nèi)容選自網(wǎng)友答題)

我們這里的規(guī)則是,1A電流對(duì)應(yīng)40mil線(xiàn)寬,如果是5A電流通常會(huì)滿(mǎn)足200mil,一個(gè)12mil的via通常考慮承載0.5A.

@ 王發(fā)展

評(píng)分:3分

1.根據(jù)公式計(jì)算1A,在20℃時(shí),1A走7.765mil。2. 5A線(xiàn)寬71.49mil。3.根據(jù)IPC2標(biāo)準(zhǔn),溫度20℃時(shí)12mil會(huì)過(guò)孔可通過(guò)電流2.145A。

@ 龍鳳呈祥

評(píng)分:3分

我們現(xiàn)在一般的規(guī)則是:溫升20℃時(shí),外層走線(xiàn),1A電流要10mil線(xiàn)寬,5A電流需要80~90mil左右線(xiàn)寬,有時(shí)候條件允許的話(huà)還要考慮走線(xiàn)長(zhǎng)度,布線(xiàn)密度,板厚,使用環(huán)境等。12mil過(guò)孔可承載1.2~1.5A以上電流。

@ 桿

評(píng)分:3分

設(shè)線(xiàn)長(zhǎng)為1in,線(xiàn)寬均勻。1.理論值:1A需要最小線(xiàn)寬6.3mil(0.16mm),5A需要68.86mil(1.75mm)。12mil過(guò)孔最大能通過(guò)1.35A電流,若通過(guò)電流5A需要最少5個(gè)這樣過(guò)孔。2.實(shí)際畫(huà)圖:1A畫(huà)圖指南要求20mil(0.5mm),5A為80mil(2mm)。5A電流12/24mil過(guò)孔最少要求放8個(gè)。以前規(guī)范要求怎樣畫(huà)圖就怎樣畫(huà),看了今天的文章和問(wèn)題,才認(rèn)認(rèn)真真算一下,發(fā)現(xiàn)我們的直流壓降做的太好了。

@ 山水江南

評(píng)分:3分

很期待這期的話(huà)題,電源完整性在電路設(shè)計(jì)中占有舉足輕重的地位,所以平常設(shè)計(jì)的時(shí)候都會(huì)考慮電源路徑,及其大小,線(xiàn)寬載流能力,電源發(fā)熱問(wèn)題!

@ 李琴

評(píng)分:3分

允許溫升20度的情況下,外層走線(xiàn),銅厚0.5oz,電鍍后為1oz,1安培電流根據(jù)公式計(jì)算需要8mil的走線(xiàn),5安培電流需要72mil的走線(xiàn),一個(gè)12mil的過(guò)孔,孔銅厚度滿(mǎn)足IPC 2級(jí)標(biāo)準(zhǔn),能安全承載2安培左右的電流,但是實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中一般會(huì)考慮余量,有空間的前提下會(huì)加粗線(xiàn)寬和多大過(guò)孔。

@ 王發(fā)展

評(píng)分:3分

在此條件下,表層大概10mil走1A,60-70mil走5A, 實(shí)際上走線(xiàn)或鋪銅會(huì)適當(dāng)放大。對(duì)于過(guò)孔,一般經(jīng)驗(yàn)20mil過(guò)1A, 所以12mil大約過(guò)600mA.

@ 愿

評(píng)分:3分

1,1安培電流需要至少20mil的走線(xiàn)寬度; 2,5安培電流需要200mil的走線(xiàn)寬度; 3,12mil的過(guò)孔,孔銅厚度大概17um,大概通流0.6A;

@ hk

評(píng)分:3分

1,1A電流需要8mil;2,5A電流需要72mil。實(shí)際工作中,我一般都是按照2-3倍要求進(jìn)行設(shè)計(jì),因?yàn)檫€有其它器件溫度影響; 3,12mil過(guò)孔,18個(gè)um,可承載0.5A以上電流,實(shí)際工作中不允許單過(guò)孔過(guò)電源銅皮,主要考慮阻抗和可靠性。

@ 大海象

評(píng)分:3分

1.1mm.2.5mm.3.0.5A。以上這些事平時(shí)畫(huà)板時(shí)最保守德做法。實(shí)際比這些數(shù)值線(xiàn)寬再窄一些也能滿(mǎn)足。過(guò)孔的過(guò)流也要大些。而且線(xiàn)寬與電源線(xiàn)的長(zhǎng)度也有關(guān)系。

@ 王萍

評(píng)分:3分

根據(jù)公式可以得出通過(guò)1安培之至少要8mil以上線(xiàn)寬,5安培需要60mil以上線(xiàn)寬。12mil過(guò)孔可以承受600毫安。所有的還要5看溫度,表層或者內(nèi)電層,同時(shí)和電源要求和線(xiàn)長(zhǎng)有關(guān)

@ zhl

評(píng)分:3分

表層一般是內(nèi)層的二分之一倍線(xiàn)寬。我認(rèn)為線(xiàn)的寬與長(zhǎng)成比例關(guān)系,因?yàn)樵诘刃е绷麟娮璨蛔兊那闆r下,越長(zhǎng)距離,需要越寬走線(xiàn)。電源從source到sink的過(guò)程中,等效電阻會(huì)發(fā)熱,sink電壓會(huì)降低?；氐絾?wèn)題:10mil過(guò)1A,50mi過(guò)5A,12mil的孔在ipc2級(jí)標(biāo)準(zhǔn),壁厚約為表層的二分之一,所以大約能過(guò)900mA(公式:12*3.14/2再保留一半的余量,除以二)

@ 海鷗

評(píng)分:3分

遇到的電源問(wèn)題有:1.紋波過(guò)大的時(shí)候,硬件只知道加電容,加了又不見(jiàn)好;2.在有限的PCB空間里,硬件總想把電流“夸大”,過(guò)設(shè)計(jì)嚴(yán)重;3.空間有限的情況下,電感下面不讓走線(xiàn)(已隔了地平面);4.電源模塊到底是集中PCB板的一塊區(qū)域好,還是分散在各個(gè)區(qū)域靠近負(fù)載芯片好?5.有太多磁珠分隔同一個(gè)芯片,同電壓不同模塊的電源引腳,造成電源平面不好分割

@ 海鷗

評(píng)分:3分

表層20mil/1A,內(nèi)層40mil/1A,過(guò)孔10/20

@ 學(xué)柯

評(píng)分:3分

1,根據(jù)IPC文檔,電路板的溫升△T,導(dǎo)線(xiàn)的橫截面積A(=銅箔厚度×線(xiàn)寬)和電流I之間存在一下關(guān)系,I=k×△T∧0.44×A∧0.725,其中系數(shù)K是一條曲線(xiàn),PCB板內(nèi)層走線(xiàn)和外層(散熱快)走線(xiàn)K值差別很大,K近似一條直線(xiàn),簡(jiǎn)單起見(jiàn),室溫25℃時(shí)取外層走線(xiàn)K為0.048,由此可計(jì)算得1A電流需要約0.19mm寬的走線(xiàn),約7.6mil,5A需要1.72mm,約68.8mil寬的走線(xiàn)。實(shí)際上線(xiàn)寬的取值還需要考慮線(xiàn)長(zhǎng),線(xiàn)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)時(shí),輸出3.3v到了負(fù)載可能變成了3.2,由此消耗在線(xiàn)長(zhǎng)的功耗會(huì)很大。2,12mil過(guò)孔,即0.3mm,約能安全承載0.505A電流

@ 小葉紫檀

評(píng)分:3分

表層散熱能力強(qiáng),所以10mil/inch過(guò)1A,60mil/inch過(guò)5A.(特別說(shuō)明,線(xiàn)寬與長(zhǎng)度有關(guān),越長(zhǎng)的走線(xiàn)距離走線(xiàn)需要越寬的走線(xiàn),其本質(zhì)是電源走線(xiàn)所等效的電阻在電流流過(guò)時(shí),會(huì)產(chǎn)生功耗和壓降,p=R·I^2,U1=U0-R·I,功耗會(huì)轉(zhuǎn)換成熱)生12mil在ipc2級(jí)標(biāo)準(zhǔn)大約孔壁厚18um至20um,大約能過(guò)600mA

@ Ben

評(píng)分:3分

我的設(shè)計(jì)規(guī)則:1安培需要20mil的寬度即可保證通流;5安培需要100mil的寬度即可保證通流;當(dāng)然如果考慮直流壓降需要根據(jù)走線(xiàn)情況適當(dāng)加寬。一個(gè)12mil的通孔過(guò)孔可以通流3安培評(píng)估。

@ 楊勇

評(píng)分:3分

根據(jù)IPC的計(jì)算公式,外層1oz銅厚,允許溫升20℃,1A電流需要7.8mil左右線(xiàn)寬,5A電流需要72mil線(xiàn)寬。12mil過(guò)孔可承載1A以上電流(參考銅箔的計(jì)算公式,按照內(nèi)層銅箔,溫升20℃計(jì)算)

@ 絕對(duì)零度

評(píng)分:3分

1.20mil; 2.100mil; 3.1.5A

@ Unbox

評(píng)分:3分

寫(xiě)下自己的設(shè)計(jì)習(xí)慣吧,答案分別是 40MIL,200MIL,1A

@ GFY

評(píng)分:3分

1安培電流需要0.9mm的走線(xiàn)。5安培電流需要5mm的走線(xiàn)。一個(gè)12mil的過(guò)孔,孔銅厚度滿(mǎn)足IPC 2級(jí)標(biāo)準(zhǔn),能安全承載0.96安培的電流

@ 涌

評(píng)分:3分

在題中條件下1安培需要約15mil寬走線(xiàn),設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮余量建議20mil以上。5安培需要約150mil,設(shè)計(jì)中建議200mil以上。12mil的過(guò)孔,能承受約超過(guò)1A的電流,設(shè)計(jì)中保守點(diǎn)建議按照700mA估算。這是我個(gè)人平時(shí)的做法

@ Jamie

評(píng)分:3分

一般1Amp 40mil已經(jīng)是老規(guī)則了,而且過(guò)于經(jīng)驗(yàn)和保守 I=KT^(0.44)A^(0.75) K為修正系數(shù),在外層時(shí)取0.048 T為最大溫升,單位為攝氏度,這里取20℃ A為覆銅截面積,單位為平方MIL I為容許的最大電流,單位為安培 1oz銅為0.035mm,得出1A電流需要10mil寬的走線(xiàn),5A電流需要72mil寬走線(xiàn) IPC 2級(jí)標(biāo)準(zhǔn),孔徑12mil,孔壁銅厚25um,溫升20度,能安全承載2.5安培的電流

@ Lee

評(píng)分:3分

1安培電流需要8mil走線(xiàn)以上的走線(xiàn)。5安培電流需要70mil 以上的走線(xiàn)。一個(gè)12mil的過(guò)孔,孔銅厚度滿(mǎn)足IPC 2級(jí)標(biāo)準(zhǔn),能安全承載1.9安培的電流。

@ 李琴

評(píng)分:3分

外層1oz銅厚,允許溫升20℃,1A電流需要7.8mil左右線(xiàn)寬,5A電流需要72mil線(xiàn)寬。12mil過(guò)孔可承載1A

@ Jasen

評(píng)分:3分

根據(jù)允許最大電流經(jīng)驗(yàn)公式I=K×△T∧0.44×A∧0.725,系數(shù)K一般在外層取0.048,內(nèi)層取0.024。問(wèn)題1中的所需銅皮寬度約為10mil,問(wèn)題2中銅皮約為85mil。而實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí),常會(huì)按照兩倍以上的寬度值來(lái)走線(xiàn)。一個(gè)12mil過(guò)孔,經(jīng)驗(yàn)中載流允許約為0.5A。

@ ly

評(píng)分:3分

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