通流能力计算

通流能力主要考虑两个方面:电源过孔的通流能力和电源平面的通流能力;

  通流能力计算公式:

image

  (1)电源过孔通流能力计算 

image

  在电源的输入部分打5个过孔,在满负荷时,电流要求达到4.5A,假设过孔的外径为25mil,内径为10mil,铜箔填充厚度为1.5mil。

  image

 

 

(2)电源平面通流能力计算

image

  假设电源内层的宽度为550mil,厚度为1oz;

image

  (3)通流能力不足的影响

  在大功率电路中,需要考虑通流能力问题。

   1)会引起整个电源平面发热,影响电源完整性;

   2)接收端的IC电压欠压;

转载于:https://www.cnblogs.com/raymon-tec/p/5261034.html

<think>我们被要求计算PCB过孔的通流能力(电流容量)。根据引用[1]和引用[2]提供的信息,我们知道过孔的载流能力与其截面积有关。引用[1]提到:“过孔的载流能力与其截面积有关,截面积越大,载流能力越大。孔越大,截面积越大;孔壁铜层越厚,截面积越大。”引用[2]则提到关于PCB过孔的过流能力计算。根据IPC标准(如IPC-2221),过孔电流容量的计算与走线类似,但需要考虑过孔的结构。过孔的截面积主要取决于孔壁铜层的横截面积,这由过孔的孔径和孔壁铜厚决定。过孔的横截面积可以近似看作一个圆柱体的侧面积(因为电流主要沿着孔壁垂直方向流动),计算公式为:$$A=\pi\cdot(D-T)\cdotT$$其中:-$D$是过孔的钻孔直径(单位:mil)-$T$是孔壁铜层的厚度(单位:mil,通常1oz铜厚约为1.37mil,但过孔电镀后铜厚可能会增加,一般过孔孔壁铜厚约为0.7mil到1.5mil,具体取决于PCB制造工艺)注意:这个公式计算的是孔壁的横截面积(环形面积),但实际上电流通过时,有效截面积是孔壁的垂直截面积,即周长乘以铜厚。所以更准确的公式是:$$A=\pi\cdotD_{\text{avg}}\cdotT$$其中$D_{\text{avg}}$是平均直径,通常取钻孔直径减去铜厚的一半,但为了简化,有时直接使用钻孔直径。实际上,由于铜厚相对于孔径很小,所以常用近似:$$A=\pi\cdotD\cdotT$$其中$D$为钻孔直径,$T$为孔壁铜厚。然后,过孔的电流容量可以使用与走线类似的公式,即IPC-2221中的公式:$$I=k\cdot\DeltaT^{0.44}\cdotA^{0.725}$$其中:-$I$:电流(A)-$\DeltaT$:允许温升(℃)-$A$:过孔的横截面积(mil²)-$k$:调整系数,对于过孔,通常使用与内层走线相同的系数(因为过孔被材料包围,散热不如外层走线),即$k=0.024$因此,计算步骤为:1.确定过孔的钻孔直径$D$(单位:mil)和孔壁铜厚$T$(单位:mil)。注意:铜厚通常由PCB制造商指定,标准过孔铜厚一般为0.8mil到1mil(大约20-25微米)。2.计算横截面积$A$:$A=\pi\cdotD\cdotT$(单位:mil²)3.根据允许温升$\DeltaT$(通常取10℃)和系数$k$(0.024计算电流容量$I$。示例计算:假设过孔钻孔直径D=10mil,孔壁铜厚T=1mil(约0.7oz,因为1oz铜厚约1.37mil,但过孔电镀后通常比基铜厚,这里取1mil是常见的电镀后厚度),允许温升10℃。计算横截面积:$$A=\pi\times10\times1\approx31.416\text{mil}^2$$然后计算电流:$$I=0.024\times(10)^{0.44}\times(31.416)^{0.725}$$先计算常数部分:-$10^{0.44}\approx2.51$-$31.416^{0.725}$:先计算$31.416^{0.7}\approx(31.416)^{7/10}$,用计算器得$31.416^{0.7}\approx13.1$,再计算$31.416^{0.725}\approx31.416^{0.7}\times31.416^{0.025}\approx13.1\times1.2\approx15.72$(更精确计算:$31.416^{0.725}\approx15.72$)所以:$$I=0.024\times2.51\times15.72\approx0.024\times39.4572\approx0.947\text{A}$$因此,一个10mil钻孔直径、1mil铜厚的过孔大约可以通过1A电流(在10℃温升条件下)。注意:实际设计中,通常需要留有余量,并且多个过孔并联可以增加载流能力。另外,引用[2]中提到过孔过流能力时,也提到可以通过查表或经验公式估算。还有一种经验法则是:每0.5A电流需要10mil的过孔(钻孔直径),但具体需要根据铜厚和温升调整。总结公式:过孔电流容量计算公式:$$I=k\cdot\DeltaT^{0.44}\cdot(\pi\cdotD\cdotT)^{0.725}$$其中$k=0.024$(内层系数)。或者,我们可以将公式整理为:$$I=k\cdot\DeltaT^{0.44}\cdot(\piDT)^{0.725}$$为了简化计算,可以使用在线工具,如引用[1]中提到的“PCB过孔载流计算器”。设计建议:-对于大电流,应使用多个过孔并联。-过孔的载流能力与铜厚成正比,因此增加电镀铜厚可以提高载流能力。-温升要求严格时(如ΔT=5℃),电流容量需降低。引用[1]还提到该计算器适用于高频PCB设计、信号噪声干扰处理以及过孔载流能力评估,并提醒参数输入要准确。最后,我们可以提供相关问题供用户深入探讨。</think>### PCB过孔通流能力计算指南 #### 1. **核心计算公式** 过孔电流容量基于**IPC-2221标准**,关键公式为: $$ I = k \cdot \Delta T^{0.44} \cdot A^{0.725} $$ 其中: - $I$ = 最大载流能力(A) - $\Delta T$ = 允许温升(℃,通常取10-20℃) - $A$ = **过孔有效导电截面积**(mil²) - $k$ = 材料系数(通孔取$k=0.024$,与内层走线相同) **截面积计算**: $$ A = \pi \cdot D_{\text{avg}} \cdot T $$ - $D_{\text{avg}}$ = 平均直径(mil),$D_{\text{avg}} = (D_{\text{hole}} + D_{\text{pad}})/2$ - $D_{\text{hole}}$ = 钻孔直径(mil) - $D_{\text{pad}}$ = 焊盘直径(mil) - $T$ = 孔壁铜厚(mil,1oz≈1.37mil) > ⚠️ 注:实际铜厚通常比基板铜厚高20-40%,典型过孔电镀铜厚约1.5-2.0mil[^1] #### 2. **计算步骤** 以标准过孔(钻孔8mil,焊盘16mil,铜厚1.5mil,ΔT=10℃)为例: 1. **计算平均直径**: $$ D_{\text{avg}} = (8 + 16)/2 = 12 \text{ mil} $$ 2. **计算截面积**: $$ A = \pi \times 12 \times 1.5 \approx 56.55 \text{ mil}^2 $$ 3. **计算电流容量**: $$ I = 0.024 \times 10^{0.44} \times 56.55^{0.725} $$ - $10^{0.44} ≈ 2.51$ - $56.55^{0.725} ≈ 21.33$ - $I ≈ 0.024 \times 2.51 \times 21.33 ≈ 1.28 \text{ A}$ #### 3. **设计经验法则** 1. **快速估算**:每0.1mm²截面积 ≈ 1A电流(ΔT=10℃) $$ \text{电流} I ≈ 0.64 \times A_{\text{mm²}} \quad (A_{\text{mm²}} = A_{\text{mil}^2} \times 0.000645) $$ 2. **铜厚影响**:铜厚增加20%,载流能力提升15-18%[^2] 3. **安全裕量**:实际使用不超过计算值的70%(如1.28A过孔限用0.9A) 4. **多过孔并联**:$n$个相同过孔载流能力 ≈ $n^{0.725} \times I_{\text{单孔}}$ #### 4. **关键参数参考表** | 参数 | 典型值 | 影响规律 | |-------------------|------------------------|-----------------------| | 钻孔直径 | 0.2-0.3mm (8-12mil) | $I \propto D^{0.725}$ | | 孔壁铜厚 | 0.03-0.05mm (1.2-2mil) | $I \propto T^{0.725}$ | | 允许温升ΔT | 10℃(标准), 20℃(宽松) | $I \propto \Delta T^{0.44}$ | | 焊环直径 | 钻孔直径×2 | 影响$D_{\text{avg}}$ | #### 5. **设计注意事项** 1. **高频影响**:>1GHz时需考虑集肤效应,有效截面积下降30-50%[^1] 2. **热管理**: - 过孔阵列中心距 ≥ 3倍焊盘直径 - 避免在热敏感器件下方密集布孔 3. **制造公差**:铜厚波动±15%,设计需预留20%余量[^2] 4. **失效模式**:温升>50℃可能引起镀层剥离 #### 6. **推荐工具验证** - [在线过孔计算器](https://www.saturnpcb.com/pcb_toolkit/):输入参数自动输出载流值 - **仿真验证**: ```python # 示例:过孔温升估算代码 import math def via_current(d_hole, d_pad, t_copper, delta_T=10): d_avg = (d_hole + d_pad) / 2 A = math.pi * d_avg * t_copper # mil² return 0.024 * (delta_T**0.44) * (A**0.725) ``` > 测试:via_current(8, 16, 1.5) ≈ 1.28A[^1][^2]
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值