3D母线管理pcb上的直流电源轨道
文章：Bill Schweber
母线提供独立的直流轨道作为一个简单的附加到PCB解决电压下降和低电压在负载。
尽管广泛使用低功率集成电路(或相反的，因此)，pcb上的直流电源轨电流不断增加。这是不寻常的有一个中等大小的板画高几十安培甚至更多。去掉合成的I2R热是一个众所周知的热问题，但在这个后果之前还有一个问题:将标称的轨道电压传递给负载，而不会由于PCB轨道电阻产生过大的电压降。
This phenomenon is not a piece of news to electrical engineers, of course, and is defined by Ohm’s Law and the simplest of equations: V = I × R. The voltage drop is a function only of the current value and the path resistance and is independent of the rail voltage; although the percentage loss is far greater with a 1-V rail versus a 15-V rail for a given drop.
电压下降和低电压在负载不仅仅是一个麻烦。它会导致电路完全不能工作，这是不好的，或者当电压处于各种集成电路允许的规格的边缘时，功能不稳定，通常情况更糟，因为典型的轨道容限窗口范围从±1%到±5%，取决于组件。这就是为什么分析电源和负载之间的下降以及处理过多的IR下降是至关重要的。
电压下降解决方法
预计降幅会有多大?同样，这是一个简单的计算。在标准的“1盎司”铜包层上(实际上是35 μm厚)1毫米宽、10厘米长的PCB痕迹，其电阻约为50 mΩ;铜的电阻率图1（左）是1.74×10-8Ω- m在20°C。
在一个10 a的温和电流(仅在供电轨上就有500毫伏的降压)下，如果直流电地回路通过类似的通道而不是一个宽的接地上运行，它甚至可能是2倍。有许多方便的在线电阻计算器用于这种损失，如图1(右)所示;他们中的许多人还计算了温度上升。
图1PCB迹线IR下降的计算是欧姆法的直接应用;各种在线计算器可用于使其成为一个简单的任务。来源：恍惚的猫
为了解决这个问题，设计人员可以使用更厚，更昂贵的PCB包层 - 2盎司/70μm是常见的 - 但这只会将损失减少了一半。另一个流行的选择是使用中间总线转换器（IBC）架构进行配电，其中更高的电压，从而降低电流，例如24 V直流或12/15 V.直流，分布在整个电路板上，然后根据IC或子电路的需要在当地进行调节。这在技术上很有效，通常是“最佳”解决方案，但需要额外的DC/DC监管机构和董事会的房地产成本。
幸运的是，如果你想“跳出盒子”，或者至少跳出平面，还有另一种可能的解决方案。不，这不是添加额外的PCB层，尽管这当然可以做到，但同样是在板材料的成本，布局问题与埋设，盲，通过孔等。通孔的正式名称是垂直互连接入。
取而代之的是“老式”公交酒吧的使用。它们通常用于工业环境中，为电机或其他设备提供动力，但对于pcb来说，这是一个物理规模小得多的选择。母线的概念和实现都很简单。母线是一个绝缘的铜条与突出的连接引脚沿长边缘，它可以在许多标准长度。定制长度也可在可忽略或无需预付非经常性工程(NRE)成本和最小的交货期影响。
图2母线横跨PCB，并放入电路板上，然后连接到需要电源的电路板的各个区域。来源：风暴电力组件
如何母线工作
汇流条如任何其他通孔部件都适合电路板，并添加独立的直流轨道路径。它可以是宽且足够厚的，以提供具有亚毫铝电阻的电流路径。它是一个毫无头疼的，简单的附加到PCB方法，为那些高电流轨道的布局分布提供更高程度的自由度。它还有助于更好的非功率信号完整性，因为前一个宽表面轨不再妨碍优选的信号路径。
母线也有其他好处。有双层甚至三层版本，因此相同的汇流条可以携带一个或多个电源轨以及地面。如图所示，母线杆还提供加强PCB的免费二次益处，如图所示图3，这成为电路板变大的关注。
图3母线的二级和自由效益是它们使板硬化反对弯曲，从而减少振动引起的应力裂缝，这可能导致失效。来源：风暴电力组件
母线可在数十个供应商中提供数百个标准配置。在您在查看更复杂的解决方案之前，将IR丢失降低到可接受的水平，例如更宽的痕迹，较厚的PCB铜，另一个板层或IBC和本地DC / DC调节器的使用 - 所有这些都有其有效的在解决方案中的位置工具包 - 考虑3D技术和组件，字面上将PCB带到另一个维度。
本文最初发表于经济日报．
比尔Schweber他写过三本教科书、数百篇技术文章、观点专栏和产品特性。
参考
- MustCalculate.
- Bittele电子有限公司
- PCB线阻计算器,恍惚的猫
- ”电子表格建模工具有助于分析电源和地面电压降，以保持核心电压在容忍范围内，“Slyt23，德州仪器
- ”ir降的分析，“高级布局解决方案有限公司
- ”PCB痕迹- PCB中PCB痕迹的重要性，“我们的pcb技术有限公司。
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