載流能力
關注創建者：楊曉木 創建時間：2020-11-26
載流能力的實例教程
導體載流能力計算 ￥20
導體的載流能力由兩部分組成，穩定電流的載流能力和有電流沖擊時的載流能力。
下面的這張圖即為載流能力曲線。橫軸為時間，縱軸為電流，在曲線的后半平直段，即為導體能通過的穩恒電流的允許值，前半段為對數關系的斜線可以看到在不同的時間長度下可以允許的電流最大值， 比如可以允許2000A的沖擊電流通過導體1s，時間多了不行，電流大了也不行。這給我們設計選排提供了依據，所有的工作電流情況都需要在這條曲線以下，否則需要選擇更大的截面的導體。
那這條曲線是如何得到的呢，為了便于理解，下面將分兩個部分來闡述：
1. 導體穩定電流載流能力
2. 有電流沖擊時的載流能力
這兩部分分別代表了曲線的斜線和直線兩部分。
第一部分：穩定電流載流能力
對于目前分析的一段導體來說，導體通過電流后產生熱量，熱量通過對流和輻射向外界耗散熱量，當產生的熱量等于耗散的熱量時，導體的溫度不再發生變化，此時的導體溫度即為在通過特定電流下的導體溫升。
導體產生的熱量很好計算，如果是直流電的話就是I^2*R,對于平直的排交流電也有經驗乘數來反映肌膚效應，此處不做詳細討論。耗散的熱量主要有兩塊，對流和輻射，可以由換熱系數h來進行衡量，換熱系數和導體特征長度、所處環境、本身溫度等很多因素有關，一般自然對流的換熱系數在10~20w/m^2K之間，當然此參數也可進行詳細計算，此文重點不在這里，不做詳細討論。通過換熱系數的單位w/m^2-K可以看出，這個參數表達的意思為單位面積下，物體溫度高于環境溫度1k時，向外界傳輸的熱功率。可以得到下式
I:電流 R:電阻 h：換熱系數 A:換熱面積 Tc:導體溫升 T∞:環境溫度
在上式中，左邊為電流產生的熱量，右邊為導體耗散的熱量，兩者相等時Tc達到穩定。
展開 線纜載流測試方法：
接線方式：兩端兩根135mm^2 cable(1.1m長），再接兩根1m長的測試規格線纜，中間一根2.5m長的測試規格線纜cable。
2. 線纜載流評估方法：
方式A：如測試兩端兩根135mm^2 cable(1.1m長），再接兩根1m長的測試規格線纜，中間一根2.5m長的測試規格線纜。
方式B：兩端兩根135mm^2 cable(1.1m長），中間一根1.5m長的測試規格線纜。
方式A測試與仿真結果對比：
50方銅線纜的載流測試數據
50方銅線纜的載流仿真數據：200A電流溫升26.2°，250A電流溫升40.94°，
300A電流溫升58.95°，350A電流溫升82.2°。
方式B測試與仿真結果對比：
95方銅線纜的載流測試數據
95方銅線纜的載流仿真數據
評估方法總結：
方法A與方法B測試出來的溫升數據基本一致；
采用方法A和方法B仿真出來的溫升數據基本一致；
仿真與測試出來的數據基本一致。
載流數據匯集還有兩種方式：如下
3.銅/鋁線的載流能力評估
采用測試或者仿真方式都可進行線纜的載流能力評估。
采用測試或者仿真方式都可進行線纜的載流能力評估。
同等截面積下，鋁線的載流能力基本是銅線的80%；
同樣的載流能力下，鋁線的質量基本是銅線的45%。
4.總結：
采用測試或者仿真方式都可進行線纜的載流能力評估。
同等截面積下，鋁線的載流能力基本是銅線的80%；
同樣的載流能力下，鋁線的質量基本是銅線的45%。
此方法皆是單根線纜自然對流條件下，未考慮復合布線情況。
展開 其中，搭接部分的連接器，是產品載流能力的瓶頸點，其本身的載流能力決定整個系統的載流能力。
目前行業應用的高壓大電流連接器，涵蓋40A~500A的載流要求。如何在設計之初就能準確評估產品的載流能力（即評估其溫升能力），是連接器行業亟需解決的技術難題。本文針對載流能力設置為200A的載高壓連接器進行詳細的電流溫升仿真，計算此連接器在各種電流載荷下的溫升數據，與實驗溫升結果一一對應，可知此評估方式可靠、準確。
采用CAE仿真工具，可以得出較精確的溫升分析結果。
下面的例子是電動乘用車中應用的載流能力最高等級-200A高壓大電流連接器，對其進行載流能力仿真，并與測試結果進行了詳細對比。
溫升仿真的CAE模型
核心端子處的電流密度分布圖
核心端子處的溫度分布云圖
展開 新能源汽車電控模塊PCB載流能力分析
因為汽車在正常選擇連接器以及定義pin角電流時需要考慮到如下影響因素：
①在連接器中的單個端子的溫升會受到周圍排布的端子電流、溫升影響，所以大電流端子盡量排布在連接器外圍，對角排布最佳；
②端子的載流能力與適配的線徑有直接關系，若需要比較大的載流能力，一定要選擇合適的最大線徑；
③環境溫度對端子的載流能力有非常大的影響，例如同種端子運用在發動機艙與底盤，承載的最大載流會有很大的區別；
④相同條件下，密封連接器中端子的溫升要高于同系列端子在非密封連接器中的溫升；
⑤對于線對用電器端（LinetoDevice）形式連接器，端子的溫升與用電器端的發熱、散熱情況相關，例如經常會在鼓風機的調速模快中增加散熱片，這會增加端子的載流能力。
連接器標準對重載測試的定義
重載測試是為了檢測連接器在高溫環境下的載流能力，這個檢測標準目前在國標QC／T-1067、USCAR-2中都沒有定義，但是在GMW-3191中有詳細定義。
這個實驗是需要端子與連接器裝配后一起在經過5h高溫通電與2h低溫斷電的循環實驗（共5次）中，驗證相應端子的溫升與接觸電阻，這個實驗對于運用在高溫環境（發動機、變速器）等是個不錯的驗證檢測項目。
連接器標準對環境性能的定義
從目前的標準中，分析發現連接器的環境實驗都是結合機械性能實驗、電氣性能實驗來一起驗證的組合實驗，其中比較重要的環境試驗項目包括老化實驗、溫濕度循環實驗、溫度沖擊實驗（溫度快速變化實驗）、鹽霧實驗，同時針對防水連接器還有耐化學試液、水密性、氣密性、高壓水噴射等實驗檢測項目，如下將以防水連接器的經典組合實驗就各標準的要求差異進行分析。
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由于層厚度是固定的，電源層上的導電材料的載流能力由導電走線的寬度決定。如果走線不夠寬，局部電阻會因焦耳加熱而產生功率損耗。
回流路徑和接地平面
電流必須從信號電路返回到電源，才能形成整個電源電路閉環。返回路徑是PDN的一部分，它使電流能夠從負載流回地。在PCB中，構成回流路徑的層被稱為接地平面。
互連
互連是電子系統不同部分之間的連接器件，包括PCB、BGA或引腳等多種形式。
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導體載流能力計算
金屬帶連接增大了鍵合線的載流能力。圖 5 所示為將芯片嵌入到焊接在 DBC 上的 PCB 板中，通過鍵合線將芯片電極連接到 PCB 板上。通過優化電流回路、驅動位置和柵極連接可以最小化寄生電感。
保險絲容量選擇的條件：
1）保險絲容量＞負載工作電流
2）保險絲容量＜導線載流能力
條件1，是正常選擇保險絲容量的基礎，條件2，提醒我們回路中設計保險絲的初衷，即保險絲是用來保護導線的，需要同步選擇導線，并進行校核。
通常，用交流焊接鋁合金時可在載流能力、電弧可控性以及電弧清理作用等方面實現最佳配合，故大多數鋁合金的TIG焊都采用交流電源。
采用直流正接（電極接負極）時，熱量產生于工件表面，形成深熔透，對一定尺寸的電極可采用更大的焊接電流。即使是厚截面也不需預熱，且母材幾乎不發生變形。
鎢極載流能力有限，過大的電流會使焊接接頭的力學性能降低，特別是塑性和沖擊韌度降低。
對工件的表面要求較高。
焊接時氣體的保護效果受周圍氣流的影響較大，需采取防護措施。
生產成本較高。
（圖片來源Mentor網站）
◆ Mentor HyperLynx PI 支持 AC， DC 多種類電源分析功能，分析直流壓降，保證電源的載流能力。同時支持PDN分析找到最優的去耦電容策略和電容的數量和擺放位置，從而使芯片管腳處的電源波動穩定在噪聲容限之內。
2.大電流
在高壓系統中，高壓電流瞬間能夠打到幾百安培，這對高壓線束的載流能力要求更高。進行高壓線束設計的時候，要充分考慮。
3.防護等級
因為水和灰塵的侵蝕容易造成線束的絕緣性能下降，造成高壓擊穿、漏電等安全隱患，高壓線束進行布置的時候要特別注意，避免布置在有積水的地方，若布置在地板下面，應該增加相應的遮擋物。但是即使這樣，高壓線束的設計防護等級應該最高，滿足國標IP67標準要求。
此表中提到了溫升 10°C 時 2oz 銅的最大載流能力。
與更高電流需要多個并排fin的FinFET不同，GAA 晶體管的載流能力通過垂直堆疊幾個納米片來增加，柵極材料包裹在通道周圍。納米片的尺寸可以縮放，以便晶體管的尺寸可以滿足所需的特定性能。
該篇博客文章進一步指出，納米片在概念上可能很簡單，但它們對制造提出了新的挑戰。
