作者：上海鹰峰电子科技有限公司 王伟旭
0 引言
你见过电流在母排中是如何“流动”和“分布”的吗？
你又可曾见过无数电子穿过拥挤的通道时的“发红发热”？
如果你是“电子”，你愿意在母排上一片蓝色荒芜郊区的“鬼域”里“漫步”吗？
1 母排的载流
当电流流过母排（Busbar）时，在导体上会产生电流密度分布。图1给出了仿真的一款母排极板的电流密度值及矢量分布。
由图1可以清晰地看出，电流自导体的首端流向尾端，电流密度矢量如同水流一般在导体内部分布。当电流密度矢量遇到“障碍物”时，则轻巧地绕过它而继续行进。
2 母排的发热
电阻率是用来表示物质电阻特性的物理量，是导体本身的基本属性，用符号ρ表示。电流流经叠层母排导体时，会产生一定的热量。导体单位体积内产生的热量（即发热功率密度）可用式(1)来计算：
(1)
p ——单位体积内产生的热量，W/m3；
j ——电流密度，A/m2；
ρ ——导体的电阻率，Ω·m。
由式(1)可知，在电流密度分布相同的情况下，导体的电阻率越高，其发热量越大。因此，在温升为关键制约因素的叠层母排设计过程中，应优先选择电阻率小的导体材料。母排导体的发热功率密度和稳态温升也可用软件来仿真计算。图2为仿真的以上款母排导体的发热功率密度分布，图3则为仿真的30℃环境和自然对流条件下此母排导体的稳态温度分布。
图2 母排发热功率密度分布
图3 母排稳态温度分布
另外，根据公式(1)同样可以得出：在电阻率不变的情况下，导体的电流密度越大，其发热量也越大。以下将对导体的电流密度对稳态温升的影响进行仿真研究，图4给出了一块中间带有狭窄通道的铜导体的仿真模型及边界条件。
图4 铜导体仿真模型及边界条件
图5给出了当输入电流i为100A情况下，铜导体的发热功率密度及稳态温度分布。由此可知，铜导体中间狭窄段的发热功率密度和温度最高。拥挤的通道引发高密度电流分布，一如交通的阻塞。如何降低母排导体的温升，转换为如何合理设计导体的电流密度。
图6则给出了仿真的铜导体的最高温度随输入电流i的变化曲线。仿真验证了“在电阻率不变的情况下，导体的电流密度越大，其发热量越大”的结论。
图6 铜导体最高温度随输入电流变化曲线
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