电源仿真中判定电流密度的标准是什么过孔电流大小的标准是什么

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电源仿真的过程中,判定电流密度的标准是什么,过孔电流大小的标准是什么?

从大家五花八门的回答来看,电流密度和过孔电流大小的标准还没有形成统一的规范,这两个因素不像电源压降的指标,会在datasheet中有明确的要求。这同样说明,可能在电源设计中,电流密度和过孔电流大小这两个因素,可能平时会被设计工程师忽略。

对于小电流电源而言,这两个因素不会造成什么后果,但是现在芯片的电流一般都比较大了,这些东西都需要引起我们的重视了。至于规范的话,大家一般沿用intel的规范比较多一些,电流密度的话,是需要小于100A/平方毫米;过孔的话,就是具体情况具体分析了,一般10mil的过孔,最大的电流要小于2A。大家很多在回答中希望看到仿真实例,后续的话,会有一个比较特殊的仿真实例和大家分享,敬请关注。

(以下内容选自部分网友答题)

对于电流密度的判定标准:满足温升要求,不会导致pcb板烧毁。满足压降要求,负载芯片端的电压满足芯片要求。过孔的判定标准,需要把过孔折算成走线,需要用过孔内径乘以3.14    

判断走线电流密度的标准,主要是看温升范围,直流阻抗大小,应用环境和标准。一般40A/mm^2(这里说的是截面积)。判断过孔电流密度的标准,用直径*3.14换算成走线电流密度    

判断密度的标注应该是,先分铜箔还是过孔,然后设置板层,再设置厚度和温升。过孔标准是孔径,孔厚,与铜箔连接方式。    

电源仿真一方面要考虑压降,另一方面要考虑电热,判断电流密度的标准就是在持续大电流的情况下满足温升要求,在瞬间大电流的情况下避免局部过热导致印制板损坏,比如铜线烧断、印制板碳化等。电热仿真时我一般设置铜皮电流密度在60A/平方毫米(可能会导致印制板损坏),温升由仿真结果保证。过孔电流密度,计算得到的结果大概是在100A/平方毫米,仿真时一般设置为60A/平方毫米。    

在电源仿真中,得到电流密度后一是计算压降,二是计算温升,可以根据压降和温升判定是否满足电路板和器件的使用条件,在满足使用条件的基本前提下,做到电流密度均匀,避免出现热点以免引起热稳定性和可靠性问题。过孔载流大小可以依据IPC2221标准,根据孔径大小孔壁铜厚温升等计算理论最小载流,一般via24d12a28单个能过至少1A。    

过孔载流能力主要取决于过孔的大小和孔铜厚。另外板子工作环境温度也要考虑,既温升。综合考虑,选择1平方毫米4A保守。过控的话,如果是电源打过控,并联多打,考虑过控的寄生电容电感,高频的时候要注意    

铜铂的载流量与电路板的铜铂厚度、宽度、散热条件有关。散热条件指允许最大温升、内层或表层、有无散热器件等。在电源防真前,先通过IPC载流能力公式计算不同线宽下的电流大小。其中过孔根据扇形面积换算成线段的线宽来算。接着计算出电流密度。防真时二者分别乘60%来设置最大电流密度,和过孔电流。运行后若有地方电流密度超标,需要修改走线。   

【1】、由于电流的热效应,电热相关联,电源仿真判定电流密度(A/mm²  )可以通过颜色直观看出,比如本帖子中第一幅插图中白色区域电流密度大,冷色调蓝色代表的区域电流密度小。还可使用直流压降分析来确定高电流密度区域。依据IPC275-A标准,电流与铜箔厚度、温升、线宽等有关。通常取电流密度30A/  mm²,铜皮最大通流能力按25℃ 50A/ mm² 估算。    【2】、依据IPC-2221标准,PCB过孔载流能力与过孔直径、孔壁铜厚、温升有关。通过Saturn PCB Design Toolkit或过孔载流能力在线计算工具,都可计算如过孔载流能力等数据。在温升和板厚一定的条件下,  过孔的载流量正比于过孔的直径。过孔的载流能力,常规情况下镀铜厚度IPC2级或者IPC3级标准一般为0.8mil(约20um)到1mil(约25um),电流总是走最近,电阻最小的通道,并不是每个过孔都是走平均的电流,而是最近的,线路最短的过孔电流最大,太小的话,过孔会过载。过孔多散热好,可以改善电流密度过大的情况,但未必越多越好。具体建议通过仿真来指导添加过孔阵列。

电源回流路径短的地方,导体阻抗低的地方密度会大些。过孔载流能力主要取决于过孔的大小和孔铜厚,电镀铜为纯铜,可以按过孔截面积粗略计算,一平方毫米可以按15A计算    

判定标准为在电阻率不变的情况下,导体的电流密度越大,其发热量越大。单个孔径10mil的过孔可承载1A的电流大小,,载流能力增大的速度低于孔径变大或温度变高的速度。    

Intel给出过孔电流小于2A,过孔电流密度小于100A/mm2。均匀排列的过孔,电流并非均匀通过,因此要优化回流路径;局部铺铜的电流密度不宜偏高,要结合叠层、损耗和压降等因素具体优化。Layout设计与检查至关重要。    

用电端的载流能力,过孔的高度,孔径大小,一般来说8/16,基本是2A    

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