过孔与电流问题

liqinggang

1、多大的过孔可以过1A电流？  2、过电流的大小是由过孔的盘径还是孔径决定？（例：12-24mil与8-20mil）大师帮忙解答，谢谢！

fallen

djxf 发表于 2014-6-5 14:19
) L" b* D* v# N4 g& y, d不是截面积，是周长，帅哥，你看看你第一个帖子自己说的要算周长的。现在反而糊涂了？

首先，我们按照电阻来计算，一个过孔的在没有塞满的情况下，电阻是R1；在塞满铜的情况下（假设塞铜，电阻率一样），电阻是R2。这个很明显R2<R1，那么通流能力自然提升。
再次，你说的良导体的问题，我在网上查找资料，

“在计算导线的电阻和电感时，假设电流是均匀分布于他的截面上。严格说来，这一假设仅在导体内的电流变化率（di/dt）为零时才成立。另一种说法是，导线通过直流（dc）时，能保证电流密度是均匀的。但只要电流变化率很小，电流分布仍可认为是均匀的。对于工作于低频的细导线，这一论述仍然是可确信的。但在高频电路中，电流变化率非常大，不均匀分布的状态甚为严重。高频电流在导线中产生的磁场在导线的中心区域感应最大的电动势。由于感应的电动势在闭合电路中产生感应电流，在导线中心的感应电流最大。因为感应电流总是在减小原来电流的方向，它迫使电流只限于靠近导线外表面处。这样，导线内部实际上没有任何电流，电流集中在临近导线外表的一薄层。结果使它的电阻增加。导线电阻的增加，使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应（skin effect）。趋肤效应应使导线型传输线在高频（微波）时效率很低，因为信号沿它传送时，衰减很大。”
. b! ^) C" B: Z# Q3 d
! R, Y. P3 I% J. {# h, q6 m上线这段话是在百度上直接copy下来的。很明显，他适用在高频的概念下。

djxf

djxf 发表于 2014-6-5 19:21
集总参数也好，分布参数也好，只是分析问题的角度不同，本质并无区别。
, b9 F1 b7 H+ f. Y+ e, |1OZ和2OZ的通流能力不同不奇怪， ...

如果真对类似的问题感兴趣，建议去找点书籍或资料看看。
9 F( E1 Y9 r, `* i" Q重点关注”电流密度与电场强度，电磁波在金属导体中的传播，良导体特性（内部没有电场，没有自由电荷，σ=∞，只有表面电流，以及金属作为良导体的条件和公式）“。
. S$ e0 L- b6 R& g) x可以参考的书籍，比如David M. Pozar的《微波工程》---大师经典作品，也不难看懂的；
  r# V# A1 l6 }《现代光学技术(电磁篇)》---浙大陈军编著。偏重于理论，但也算比较好懂，里面有关于电磁波在金属导体中传播特性的专门篇章。
电磁场的书籍很多，但经典的大多是老外写的，国内陈抗生的还行，以传输线理论为主来讲，结合电磁场的推导，也比较好理解。
) I; Q: J4 f0 f! G
等看完了相关的资料，我想很多问题就不用讨论，都会有自己的理解和思路了。
$ M$ E! E# k  E/ H) F- E& Y
$ S6 X3 N$ ^! u6 G1 V3 a& i另外，个人觉得，学习硬件，必须将电路（包括传输线理论）与电磁场结合起来，”场“与”路“各有其优缺点，偏重于任何一方都会走弯路。

djxf

fallen 发表于 2014-6-5 17:30
4 T* U/ S; `5 h; z* p! K工作做完了，版主有什么建议也发表发表嘛

. V+ I# r$ j# k" y! T% H6 y7 x ，帅哥执着。

6 p1 m8 I. _* Q) ?7 p4 e       好吧，我承认理论上有一种情况是可以认为电流与截面积有关的，那就是稳恒电流（另外，稳恒磁场也可以存在于理想导体中），我个人对所谓的不受电场力驱动而能匀速运动的电子能真实存在于导体中抱有疑问（良导体内电场处处为0应该是没有异议的）。
       但稳恒电流在实际的PCB中几乎不可能存在（我想不出此稳恒电流如何能产生），PCB一工作起来几乎就被交变电磁场所围绕，信号过孔甚至是电源过孔中的电流都会包含高频分量，当然你可以说我们只考虑DC信号，但不考虑瞬态响应的电路是不可想象的，考虑到实际的工作状态，我仍然坚持认为按围绕导体的周长而不是截面积来估算通流能力更加靠谱，因此还是觉得不灌满金属的过孔通流能力比灌满的强。

jimmy

https://www.eda365.com/eda365lib.php?vid=elecalc

fallen

首先你必须理解一个问题，看附件的图片，这个图片应该很常见吧，也就是PCB线宽，铜厚，温升和电流的关系。理解了这个表，就很好理解过孔的通流能力。解释一下，1OZ=35um.
* |* C3 S5 |/ {0 _过孔的通流能力是由孔径决定的。要计算过孔的通流能力，你需要知道过孔的内壁厚度，你可以要求PCB厂家，你也可以遵循PCB厂家的制作能力。一般最小15um-17um.如果知道了内壁的厚度，那么计算出周长（也就对应图片的线宽），就可以知道通流能力了。

liqinggang

jimmy 发表于 2014-6-5 10:54
7 V2 o& d( Q+ y: B( ahttps://www.eda365.com/eda365lib.php?vid=elecalc

& v& z1 j. X4 H- i: Q
JIMMY大师孔壁铜厚是个什么概念？谢谢！

liqinggang

fallen 发表于 2014-6-5 11:03
首先你必须理解一个问题，看附件的图片，这个图片应该很常见吧，也就是PCB线宽，铜厚，温升和电流的关系。 ...

还不是很理解，能否举例说明下，谢谢！

djxf

fallen 发表于 2014-6-5 11:03
首先你必须理解一个问题，看附件的图片，这个图片应该很常见吧，也就是PCB线宽，铜厚，温升和电流的关系。 ...

根据电磁场理论，电流是跑在金属表面的，所以我觉得简单起见线宽就按2*PI*R估算应该也差不多了（如果整个钻孔被铜灌满，那么通流能力其实上可能是下降了，那就按PI*R计算线宽应该最有把握了）。

fallen

& d( m6 B/ O7 T# f1 k! x

liqinggang 发表于 2014-6-5 11:59
1 E. Z$ i1 P. x- p& C5 u; d2 R还不是很理解，能否举例说明下，谢谢！

6 t# s" s4 c! D) c8 a
好吧，我就花点时间给你讲解一下，先上幅图片，我在百度上找的，
, O, x% A. f7 \( h7 I图上已经标明了铜厚，为了方便计算，我们假设孔壁铜厚=17.5um=0.5oz
% |" I. `: c& [按照要求，你需要能够过1A的孔，根据我之前发的那副图片选取铜厚1OZ,0.4mm的线宽可以做到1.1A（允许温升10°C），那么过孔的周长必须大于2倍的0.4mm(因为假设孔壁铜厚是17.5um=0.5OZ)，根据周长L=2*PI*r,可以计算出r=0.1274mm换算成mil就是5.02mil，所以选取的孔径必须大于10mil以上。
对于工程设计，考虑到散热等问题，一般是选取2个所计算出来的最小孔径的过孔。比如你要过1A，你可以用24/12mil的过孔两个。另外提醒一下，建议使用多个小过孔，因为过孔小，寄生电感小。
我编辑一下这个，因为我看到图片把铜厚标的不正确，声明一下，孔壁铜厚不是外径减去内径，图片可能会有误解。

fallen

djxf 发表于 2014-6-5 12:14
根据电磁场理论，电流是跑在金属表面的，所以我觉得简单起见线宽就按2*PI*R估算应该也差不多了（如果整个 ...

过孔被灌满了，肯定是通流能力大吧。

s14736154

liqinggang 发表于 2014-6-5 11:59
还不是很理解，能否举例说明下，谢谢！

就应该是一个圆，将它展开成一条线，线的宽度就是圆的周长，然后孔铜厚就是线的铜厚，有个疑问，就是孔径是指在镀金后的孔径，还是没有镀金后的孔径？

fallen

这个问题，需要PCB厂家来回答，我默认是没有镀金/灌铜的孔径。

djxf

fallen 发表于 2014-6-5 13:56
过孔被灌满了，肯定是通流能力大吧。

4 @' }# @# I' }
通流能力与导体的截面周长呈正比关系对吧？如果过孔没有灌满，那么实际上有两个同心圆，参与通电流的是这两个圆的周长之和；而如果过孔被灌满了，那么实际只剩下了一个圆（大圆）的表面能走电流，所以通流能力是减少而非增加了。

记住，良导体（δ为无穷大）内部是没有电场也是没有电流的，否则根据J=δE必然会出现电流或电场为无穷大的情况，这是不允许的。

fallen

djxf 发表于 2014-6-5 14:09
通流能力与导体的截面周长呈正比关系对吧？如果过孔没有灌满，那么实际上有两个同心圆，参与通电流的是这 ...

1 \  Q8 B2 p* B+ o; t是横截面的面积，不是圆的表面积。你可以理解为电阻，灌铜进去，当然电阻减少，通流能力自然提高。

djxf

fallen 发表于 2014-6-5 14:15
是横截面的面积，不是圆的表面积。你可以理解为电阻，灌铜进去，当然电阻减少，通流能力自然提高。

8 [$ p5 K* l: i不是截面积，是周长，帅哥，你看看你第一个帖子自己说的要算周长的。现在反而糊涂了？
6 r# V- j$ a; B4 _6 t) D. C
* J) t: Q4 M; y! U
看了下图，我的意思会不会清楚些？

fallen

djxf 发表于 2014-6-5 14:19
5 U, w& R- ^. w' e- [* m5 Q不是截面积，是周长，帅哥，你看看你第一个帖子自己说的要算周长的。现在反而糊涂了？

计算圆的周长，只是为了计算线宽。你可以想象一下，把一个圆展开来看，你忽视了我说的铜厚的概念。
" y0 _6 u1 j6 l/ F) s线宽X铜厚才是目的。

liqinggang

fallen 发表于 2014-6-5 13:54
4 B1 ^. p8 i" J: W" S好吧，我就花点时间给你讲解一下，先上幅图片，我在百度上找的，
: W* N5 j2 m' g4 M7 J图上已经标明了铜厚，为了方便计算， ...

6 v( D7 K- t$ p! Y. a现在我理解啦，谢谢你的耐心解答！孔壁铜厚是要看PCB厂家的制造能力对吗？一般的PCB厂家能做到多少？