說好不哭,直到電流“燒”紅了過孔……

來源:一博自媒體 時間:2019-9-23 類別:微信自媒體

西班牙人vs皇家贝蒂斯 www.jdaalh.com.cn 作者:姜杰   一博科技高速先生團隊隊員

不走尋常路的電流是PCB設計中的“刺頭”,有時明明給它鋪好了陽關道,它卻偏偏要走獨木橋,讓人欲哭無淚。
 
就像高速先生之前遇到的一個案例,電源輸出過孔排列的整整齊齊,虛位以待,電流偏偏舍近求遠,就挑了幾個你意想不到的過孔硬剛到底。

供電??閂RM與用電端SINK的相對位置如下。


其中,VRM采用DC-DC開關電源,DC-DC外圍電感L5電源輸出管腳附近的過孔分布均勻,內圈過孔與管腳的間距d1=d2=d3(局部放大圖如下)。
看起來似乎沒啥毛病,按照預期,電流至少會在離L5電源輸出管腳最近的內圈過孔上均勻分布。不過,再一想SINK端與VRM端的相對位置,有些朋友開始犯嘀咕了,電流都是喜歡走捷徑(電阻較小的路徑)的,那么,離SINK端更近的左下方的過孔通流會不會多點呢?高速先生一開始也是這么想,但是仿真的結果卻讓人大跌眼鏡:過孔電流分布圖顯示,在電流流向的反方向(白色方框區域),有幾個過孔通流較大,這是怎么回事?!

打破砂鍋問到底是高速先生的一貫風格。通過仔細分析過孔載流,發現過孔通流除了與電源輸出管腳的間距有關系,似乎與過孔陣列的缺口方向也存在某種神秘的關聯。

大膽假設,小心求證,困難看淡,說干就干。先把模型簡化,刪除板上其它器件和走線,保留內層電源、地平面的連接,同時,將VRM用一端電源輸出、另一端接地的電容代替,調整VRM與SINK的相對位置。簡化后的模型如下。 
 
簡化模型的VRM端過孔電流分布已初露端倪,似乎能看出點趨勢來了。
 
為了能進一步說明問題,我們繼續調整過孔陣列的缺口方向,比較過孔載流的情況。

只看陣列缺口對稱時的情況似乎還不夠全面,那就再看看不對稱時的載流。

想必各位已經看出規律了:在電源輸出過孔與管腳間距相同的情況下,最靠近陣列缺口的過孔載流最大。為什么會出現這種現象呢?


不妨再來看看電流密度圖。以左側的電源輸出管腳為例,一開始電流以管腳為中心向四周均勻發散,對于有過孔分布的三個方向,電流會迅速找到最近的過孔,流向內層電源平面。而從過孔陣列缺口溜出來一部分電流,遭遇大概是這樣的:出發時掃眼一看,一馬平川,前方全是銅皮,沒有過孔擋路,好嗨喲,跑著跑著發現沒路了,不知誰喊了一嗓子:“此路不通,拐啦拐啦!”于是,逃竄出來的大部分電流又猛打方向,掉頭鉆進了離缺口最近的過孔。 

這么一折騰,出現陣列缺口附近過孔載流最大的現象也就不足為奇了。


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