電源設(shè)計(jì)面臨的挑戰(zhàn)

開場(chǎng)白的時(shí)候，提到了電源設(shè)計(jì)最重要的因素是電流，電流大小決定了電源設(shè)計(jì)的難度。那么電源的電流是這幾年才開始變大的嗎？早些年沒有大電流的電源設(shè)計(jì)嗎？答案當(dāng)然是否定的！那么這些年電源設(shè)計(jì)的大電流和之前有什么區(qū)別呢？

我的總結(jié)是：一個(gè)是高壓大電流，一個(gè)是低壓大電流。

高壓大電流電源的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

時(shí)間退回十年或者二十年之前，那個(gè)時(shí)代不是沒有大電流的電源設(shè)計(jì)，而是絕大多數(shù)大電流的單板，都是電源板或者背板。普通的功能板或者板卡類單板，由于芯片工作的IO電壓大多是3.3V，5V，電流通常也不會(huì)太大，大多在10A以下，常見的就是幾安培。而電源板或者背板，電流大的同時(shí)，電壓也比較高，12V，36V，48V以上。所以我總結(jié)為高壓大電流的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

應(yīng)對(duì)高壓，我們要關(guān)注安規(guī)，注意各種安全距離，包括空氣間隙，爬電距離等。關(guān)心阻燃，絕緣等安全相關(guān)的設(shè)計(jì)要求。這是另外一個(gè)很大的范疇，在這里就不一一贅述了，大家關(guān)心的可以找相關(guān)資料看看，一博科技也有相關(guān)的專家負(fù)責(zé)安規(guī)的設(shè)計(jì)。

這類［size=1em］PCB設(shè)計(jì)，也會(huì)有大電流，幾十安培或者上百安培。但是這種板子有另外一個(gè)特點(diǎn)，就是上面基本不會(huì)出現(xiàn)功能電路，也就是說(shuō)你的CPU，DDR顆粒，大規(guī)模的FPGA等，這些電路你不會(huì)放在電源板上去實(shí)現(xiàn)。電源板就是電源板，上面都是實(shí)現(xiàn)電源功能的元件，大的電感，電容，電阻，二極管……一個(gè)字總結(jié)，就是元件都很“大”。

這類設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)大電流的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，解決方法也是簡(jiǎn)單粗暴的。盡量粗的走線，盡量寬的銅箔，如果還不能滿足，那就厚銅，2oz不行就4oz，再不行就6oz，10oz，甚至12oz。我們?cè)诟餮杏憰?huì)都有展示的一款厚銅板，就是12oz的銅箔厚度設(shè)計(jì)。小小一塊板子，顯得非常厚重，我們的工藝專家東哥的介紹就是：居家旅行，防身必備 ^-^

而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)則應(yīng)對(duì)這類電源板的大電流，也是簡(jiǎn)單粗暴的過(guò)設(shè)計(jì)。所以大家心目中的載流答案經(jīng)常是非常保守的，比如1安培電流，大約需要40mil的線寬；而一個(gè)10~12mil的過(guò)孔，只能承載0.5安培的電流，我甚至聽到有人回答說(shuō)12mil的過(guò)孔承載0.2安培電流。我當(dāng)時(shí)就在想，如果你的設(shè)計(jì)是20安培電流，那你需要打多少過(guò)孔呢？

所以我們來(lái)到電源設(shè)計(jì)的另一個(gè)挑戰(zhàn)……

低壓大電流電源的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

其實(shí)高壓低壓，并不是這兩類問(wèn)題的主要分界點(diǎn)。我真正想說(shuō)的主要區(qū)別是，現(xiàn)在傳統(tǒng)的功能電路，也就是我們?cè)O(shè)計(jì)的CPU，DSP，大規(guī)模的FPGA，Core電流經(jīng)常就有幾十安培，IO電源的電流也變得越來(lái)越大。電源設(shè)計(jì)的趨勢(shì)如下圖所示：

這時(shí)候的大電流，已經(jīng)不可能使用厚銅板了，因?yàn)楫吘拱迳线€有大量的信號(hào)線，線寬只有幾mil。而銅皮的面積，有時(shí)候限于“層”資源以及大量的密集過(guò)孔，有限的銅皮面積也很難無(wú)限加大。

如下圖的設(shè)計(jì)，密集的過(guò)孔，有限的板子面積以及層數(shù)，我們?nèi)绾螒?yīng)對(duì)大電流設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)呢？我們?nèi)绾斡?jì)算必須的載流通道（包括銅皮寬度及過(guò)孔數(shù)量）呢？

而低電壓，也會(huì)帶來(lái)另外設(shè)計(jì)難點(diǎn)。如上一篇文章說(shuō)的，電流越大，一般來(lái)說(shuō)對(duì)應(yīng)的△I也就可能越大，一定的電感下，感應(yīng)出的△V也就越大。而較低的電壓，本身設(shè)計(jì)的裕量就小，設(shè)計(jì)的難度就變得更大。

如下圖所示，DC和AC的問(wèn)題，一起構(gòu)成了電源設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

一個(gè)電源，要滿足5%的設(shè)計(jì)裕量，是必須AC和DC一起考慮的。