搜索三星NOTES7事件看電源載流設計的重要性
2016-12-20 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
如果要點評即將過去的2016年電子產(chǎn)品界的大事記,那么三星的Notes7的電池爆炸門一定是榜上有名哈。在筆者上周出差回來的飛機上,空姐還在反復提醒三星Notes7不允許帶上飛機。和廣大“吃瓜”群眾看個熱鬧比,我們做為“業(yè)內(nèi)”人士,還是要更多看個門道。一開始其實有很多分析是認為電池本身以及電路設計都是引起爆炸的原因。雖然后面的更多證據(jù)指向了電池的設計,但是也證明電路設計在“炸機”事故中,也可能存在很大的隱患。那么,我們要怎么做好電源電路的設計呢?
上一篇文章,說明了DC和AC一起構(gòu)成了電源設計的問題。本系列會聚焦于電源的直流設計來進行討論。那么,從直流的角度,電源設計有哪些要點呢?
總的來說,包括了:
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載流能力及載流通道評估
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器件的耐壓
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電源分配網(wǎng)絡的電壓跌落問題及反饋線設計
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電源傳輸路徑上的電流密度
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電源傳輸路徑上的溫升情況
從本文開始,我們就對以上要點分別進行詳細的闡述,首先是大家最關心的載流。
首先來看看上周大家的回復,其實在上周后續(xù)的問題解答里面已經(jīng)做了匯總。但是從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看,我們的問題解答文章的點擊量是遠遠不如正式文章。這一點沒有實現(xiàn)我當初規(guī)劃每周發(fā)一篇正文,再詳細點評互動的目標。本來是期望這樣的模式能夠讓大家對每一個話題理解更加深刻。
再重復一下上周答復文章的部分內(nèi)容吧:
從表格來看,大家對載流的理解差距很大,有很大一部分原因是行業(yè)規(guī)范本來也比較多。上周還推薦了一個PCB相關參數(shù)計算的神器,鏈接如下:(這個工具后續(xù)會經(jīng)常出現(xiàn)哈)http://www.edadoc.com/cn/TechnicalArticle/Show.aspx?id=1039
當然,這里也就把上周的第二篇文章再次鏈接一下,大家可以去看看全文:
電源設計面臨的挑戰(zhàn)
電源設計面臨的挑戰(zhàn) - 載流業(yè)內(nèi)標準知多少?
上一篇文章里面,筆者也大膽猜測了現(xiàn)在流行的載流規(guī)范普遍比較嚴格的原因。其實IPC規(guī)范和載流有關的也不少,一些具體的數(shù)值也是存在偏差。通常參考的IPC規(guī)范有IPC2221(包括了2221A和2221B),IPC2156 及 IPC2156 withmodify。
所以個人覺得載流標準是一個非常復雜的話題,這也是導致行業(yè)里面關于載流通道的推薦規(guī)則差別很大的原因。我的建議是:選擇符合你設計需要的規(guī)則!
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如果你的設計電流不大,空間范圍足夠,可以適當?shù)倪^設計,采用較嚴格的規(guī)則
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如果設計的板子電流很大,那么過于嚴格的規(guī)則就不適用了,這時候要關注更準確的載流規(guī)范
本文會通過Saturn工具簡單評估一下帶狀線和微帶線承載電流的情況,以及推薦下我們比較認可的一些載流規(guī)范數(shù)值。下一篇文章,會針對過孔來討論承載電流的情況。包括在大電流的設計中,我們是選擇大孔徑的過孔,但是數(shù)量少一點呢,還是選擇小孔徑的過孔,但是數(shù)量多一點呢?
我們設置Saturn工具采用IPC2152修正后的規(guī)范:
相關參數(shù)設置如下:
簡單說明幾點:
1、 對于表層電鍍厚度,我個人是很想選1oz的,估計很多人會不同意,IPC2級標準也是電鍍厚度0.5oz,這個我或許在后面會另外發(fā)文章討論
2、 溫升10度和20度分別作了計算
然后把計算結(jié)果列了一個表格,先看看微帶線的結(jié)果
先說說我的想法,首先我選擇了溫升10度來做設計推薦值,然后我還對最終的載流數(shù)值又加了10%~20%的裕量。一博做為一個面對全行業(yè)的設計服務公司,我們的標準從來都是偏嚴格的。我經(jīng)常對客戶說,如果你的標準比我們還嚴格,那就要考慮下是否是過設計了。
那么我們從結(jié)果里面看到什么規(guī)律呢?我們上期文章,大家的答復有什么問題呢?
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首先,1安培電流所需的外層銅皮寬度也就是15~20mil左右,行業(yè)里普遍認為的40mil有點過設計了
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但重點是,當電流是5安培的時候,可能需要250mil左右的銅皮寬度,并不是20mil的5倍
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當電流是10安培的時候,可能需要800mil的銅皮寬度
所以銅寬和載流能力并不是線性的等比例關系,再次重現(xiàn)了上幾篇文章一直在重復的觀點,隨著電流增大,設計難度急劇增加。
再看看帶狀線,總結(jié)的表格如下:
結(jié)論和微帶線還是一致的:
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銅寬和載流能力并不是線性的等比例關系
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隨著電流增大,設計難度急劇增加
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銅厚對載流的影響還是很大的
最后的建議:電流在5A以內(nèi),通過計算和較寬的走線設計,可以滿足要求。電流在10A以上,計算結(jié)果以及比較難以滿足載流能力的需求了,何況還有電壓跌落問題,所以強烈建議通過DC的仿真來設計。
文 | 吳均 一博科技高速先生團隊隊長
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