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如何计算PCB电源平面的电流容量
电源层是PCB不可或缺的一部分，但电源层应有多大？舒适地承载大电流是多少？事实是设计人员可以灵活地调整约束以适应PCB电源板上更大的电流，但是电源板的尺寸将限制PCB电源板上的最大电流容量。当您需要确保高可靠性时，IPC标准是开始调整电源平面尺寸以确保电路板保持凉爽的好地方。
了解PCB电源平面的电流容量
电源平面和接地平面在您的PCB中有多种用途，而不仅仅是在组件之间传递电流。它们是DC和AC电源完整性不可或缺的一部分，并且与其他PCB布局一样，它们通常同样需要关注细节。
由于所有导体都具有一定的直流电阻，因此当它们携带一些电流时，会散发一些热量。与其他导体一样，铜平面的大小将决定其直流电阻，而直流电阻将决定在功率平面中作为热量散失的功率。就像尝试确定最小走线宽度时一样，对于给定的所需DC电流，存在最小的电源平面大小，或者对于给定的平面大小，具有最大的PCB电源平面电流容量。
为什么要使用大型飞机？
从直流电阻和功耗的角度来看，使用较大电源平面有两个原因：
更低的直流电阻：物理上较大的电源平面可以做得更宽，并且比狭窄的平面具有更低的直流电阻，因此它们散发的热量更少。
更大的热传递：与裸露的基板相比，PCB中的电源层可以将更多的热量从热的组件中转移出去。
由于AC和EMI的原因，物理上较大的平面也是理想的，因为它们为高速板中的去耦提供了较大的平面间电容，并且为EMI提供了一定的隔离度。但是，由于在许多电源系统中，PCB电源板的主要工作是在电路板上承载大电流，因此开始设计的第一步是确定您的板在不过热的情况下可以承载的最大电流。
电源平面电流容量计算
开始计算电源平面电流容量的最佳位置是使用IPC 2221标准。对于高压设计，该标准涵盖了多个设计可靠性方面，但据说不如相关IPC 2152标准保守。此计算将告诉您对于给定的平面尺寸和电流可以预期的温升，也可以用于确定给定温度和电流的平面尺寸。您在互联网上找到的大多数计算器都将采用后一种方法。此计算的输入为：
从外部环境温度允许的最大温升（通常选择10-20°C）
电源平面的铜重量
所需电流（安培）
首先，使用所需的电流和温度上升值计算最小所需面积：
IPC 2221中的电源平面截面积公式
接下来，使用铜砝码从该面积计算平面的横截面宽度。铜平面的厚度为1 oz./sq。英尺的重量是0.35毫米，因此您可以用它来计算飞机的跨度。最好的设计工具将帮助您使用布局后仿真器评估结果，以发现电流和温度过高的区域。
如果您愿意，可以切换此范围以获得允许的温度上升的电流限制。首先，您需要针对电流求解上述方程式。接下来，获取飞机的横截面积和指定的温升，并将其插入已求解的方程式中。现在，您有电源平面的最大电流限制。
为更高的温度或电流而设计
如果您需要远离电路板的极端散热，例如在电源系统或汽车系统中，则可以选择陶瓷或金属芯基板。这些基板会将更多的热量从电路板上散发出去，因此您可以期望系统在运行期间处于较低的稳态温度下。您可能能够从系统中卸下冷却风扇或散热器，具体取决于将在何处部署板。
另一个简单的选择是仅在多层上使用多个电源层。以我最近的一个项目为例，我们制作了一个6U背板，该背板需要从一对热插拔电源向不同连接器上的多个子板提供高达100A的电流。这样的板已经相当大，但是板的一个区域中的平面部分只能承载约20 A的电流，而不会将板的温度升高到不可接受的水平。解决方案？在不同的层上使用多个电源平面！并行运行电源平面等效于使用较粗的铜，这将增加PCB电源平面的总电流容量。
下面显示了一个类似的示例，其中两个电压不同的电源板用于承载大电流。酒红色显示低电压/低电流平面，绿色显示高电压/高电流平面。如果您对配电设计很有创意，则可以在不同平面之间分配电流，以帮助防止任何单个平面的温度升高。
并行平面可以承载位于PCB电源平面电流容量以下的不同电压和电流。
确定电源平面的电流容量后，即可使用PDNA工具在直流仿真中检查直流电流分布。