三星NOTES7事件看电源载流设计的重要性

来源:一博自媒体 时间:2016-12-19 类别:微信自媒体

文 | 吴均   一博科技高速先生团队队长   电源/PI序列文章


如果要点评即将过去的2016年电子产品界的大事记,那么三星的Notes7的电池爆炸门一定是榜上有名哈。在笔者上周出差回来的飞机上,空姐还在反复提醒三星Notes7不允许带上飞机。和广大“吃瓜”群众看个热闹比,我们做为“业内”人士,还是要更多看个门道。一开始其实有很多分析是认为电池本身以及电路设计都是引起爆炸的原因。虽然后面的更多证据指向了电池的设计,但是也证明电路设计在“炸机”事故中,也可能存在很大的隐患。那么,我们要怎么做好电源电路的设计呢?

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。

1、上一篇文章大家的回复

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

2、载流规范的一些讨论

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?

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
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
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。


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