三星NOTES7事件看电源载流设计的重要性

2016-12-20  by:CAE仿真在线  来源:互联网

上一篇文章,说明了DC和AC一起构成了电源设计的问题。本系列会聚焦于电源的直流设计来进行讨论。那么,从直流的角度,电源设计有哪些要点呢?

总的来说,包括了:

• 载流能力及载流通道评估

• 器件的耐压

• 电源分配网络的电压跌落问题及反馈线设计

• 电源传输路径上的电流密度

• 电源传输路径上的温升情况

从本文开始,我们就对以上要点分别进行详细的阐述,首先是大家最关心的载流。

首先来看看上周大家的回复,其实在上周后续的问题解答里面已经做了汇总。但是从统计数据来看,我们的问题解答文章的点击量是远远不如正式文章。这一点没有实现我当初规划每周发一篇正文,再详细点评互动的目标。本来是期望这样的模式能够让大家对每一个话题理解更加深刻。

再重复一下上周答复文章的部分内容吧:

从表格来看,大家对载流的理解差距很大,有很大一部分原因是行业规范本来也比较多。上周还推荐了一个PCB相关参数计算的神器,链接如下:(这个工具后续会经常出现哈)http://www.edadoc.com/cn/TechnicalArticle/Show.aspx?id=1039

当然,这里也就把上周的第二篇文章再次链接一下,大家可以去看看全文:

电源设计面临的挑战

电源设计面临的挑战 - 载流业内标准知多少?

上一篇文章里面,笔者也大胆猜测了现在流行的载流规范普遍比较严格的原因。其实IPC规范和载流有关的也不少,一些具体的数值也是存在偏差。通常参考的IPC规范有IPC2221(包括了2221A和2221B),IPC2156 及 IPC2156 withmodify。

所以个人觉得载流标准是一个非常复杂的话题,这也是导致行业里面关于载流通道的推荐规则差别很大的原因。我的建议是:选择符合你设计需要的规则!

• 如果你的设计电流不大,空间范围足够,可以适当的过设计,采用较严格的规则

• 如果设计的板子电流很大,那么过于严格的规则就不适用了,这时候要关注更准确的载流规范

本文会通过Saturn工具简单评估一下带状线和微带线承载电流的情况,以及推荐下我们比较认可的一些载流规范数值。下一篇文章,会针对过孔来讨论承载电流的情况。包括在大电流的设计中,我们是选择大孔径的过孔,但是数量少一点呢,还是选择小孔径的过孔,但是数量多一点呢?

我们设置Saturn工具采用IPC2152修正后的规范:

相关参数设置如下:

简单说明几点:

1、 对于表层电镀厚度,我个人是很想选1oz的,估计很多人会不同意,IPC2级标准也是电镀厚度0.5oz,这个我或许在后面会另外发文章讨论

2、 温升10度和20度分别作了计算

然后把计算结果列了一个表格,先看看微带线的结果

先说说我的想法,首先我选择了温升10度来做设计推荐值,然后我还对最终的载流数值又加了10%~20%的裕量。一博做为一个面对全行业的设计服务公司,我们的标准从来都是偏严格的。我经常对客户说,如果你的标准比我们还严格,那就要考虑下是否是过设计了。

那么我们从结果里面看到什么规律呢?我们上期文章,大家的答复有什么问题呢?

1. 首先,1安培电流所需的外层铜皮宽度也就是15~20mil左右,行业里普遍认为的40mil有点过设计了

2. 但重点是,当电流是5安培的时候,可能需要250mil左右的铜皮宽度,并不是20mil的5倍

3. 当电流是10安培的时候,可能需要800mil的铜皮宽度

所以铜宽和载流能力并不是线性的等比例关系,再次重现了上几篇文章一直在重复的观点,随着电流增大,设计难度急剧增加。

再看看带状线,总结的表格如下:

结论和微带线还是一致的:

• 铜宽和载流能力并不是线性的等比例关系

• 随着电流增大,设计难度急剧增加

• 铜厚对载流的影响还是很大的

  
  

最后的建议:电流在5A以内,通过计算和较宽的走线设计,可以满足要求。电流在10A以上,计算结果以及比较难以满足载流能力的需求了,何况还有电压跌落问题,所以强烈建议通过DC的仿真来设计。

文 | 吴均 一博科技高速先生团队队长

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