Leiterplattentechnisch - On a switch mode PCB, inductor placement is appropriate

Induktoren auf Leiterplatten sind passive Komponenten, die verwendet werden, um Energie in Schaltkreisen zu speichern und werden häufig in elektronischen Geräten verwendet. Mit dem Fortschritt von Wissenschaft und Technologie gewinnt die Anwendung von Induktivitäten auf Leiterplatten (Leiterplatten) immer wichtiger und ist ein unverzichtbarer Bestandteil moderner Elektronikprodukte geworden.

Schaltregler für die Spannungsumwandlung verwenden Induktivität, um Energie vorübergehend zu speichern. Diese Induktivitäten sind normalerweise sehr groß und müssen in der Leiterplatte (PCB) Layout des Schaltreglers angeordnet sein. Diese Aufgabe ist nicht schwierig, da sich der Strom, der durch den Induktor fließt, ändern kann, aber nicht sofort. Veränderungen können nur kontinuierlich sein und sind in der Regel relativ langsam.

Schaltregler schalten Strom zwischen zwei verschiedenen Pfaden hin und her. Diese Umschaltung erfolgt sehr schnell, abhängig von der Dauer der Schaltkante. Die Leitungen, durch die Schaltstrom fließt, werden Wärmekreise oder ALTERNATING Strompfade genannt, die Strom in einem Schaltzustand und nicht im anderen Schaltzustand leiten. In PCB-Layouts sollte der thermische Schleifenbereich klein und der Pfad kurz sein, um die parasitäre Induktivität in diesen Routen zu minimieren. Parasitische Drahtinduktivität kann unerwünschte Spannungsungleichgewichte verursachen und zu elektromagnetischen Störungen (EMI) führen.

Daher kann davon ausgegangen werden, dass die Platzierung der Induktivität nicht wichtig ist. Es ist richtig, den Induktor außerhalb der heißen Schleife zu haben – also ist in diesem Fall die Platzierung von zweitrangiger Bedeutung. Es gibt jedoch einige Regeln, die befolgt werden sollten. Empfindliche Steuerverdrahtungen dürfen nicht unter dem Induktor (nicht auf oder unter der Leiterplattenoberfläche), in der inneren Schicht oder auf der Rückseite der Leiterplatte verlegt werden. Unter dem Einfluss des Stromflusses erzeugt die Spule ein Magnetfeld, das schwache Signale im Signalweg beeinflussen kann. Bei Schaltreglern ist ein kritischer Signalweg der Rückkopplungspfad, der die Ausgangsspannung mit dem Schaltregler IC oder Widerstandsteiler verbindet.

Es ist auch zu beachten, dass tatsächliche Spulen sowohl kapazitive als auch induktive Effekte haben. Die Wicklungen sind direkt mit dem Schaltknoten des Abstiegsschalter-Reglers verbunden. Dadurch ändert sich die Spannung in der Spule so stark und schnell wie die Spannung am Schaltknoten. Da die Schaltzeit in der Schaltung sehr kurz ist und die Eingangsspannung sehr hoch ist, gibt es erheblichen Kopplungseffekt auf die anderen Pfade auf der Leiterplatte. Daher sollte empfindliche Verdrahtung von der Spule ferngehalten werden. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, befindet sich der gelbe Rückkopplungspfad in einem bestimmten Abstand von der Spule L1. Er befindet sich in der inneren Schicht der Leiterplatte.

Some circuit designers don't even want any copper layers in the PCB substrate under the coil.For example,they provide a notch below the inductor, even in a grounded plane layer. The goal is to prevent eddy currents from forming in the ground plane below the coil due to the coil's magnetic field.There is nothing wrong with this approach, but it is also argued that the grounding plane should remain consistent and should not be interrupted:

Im PCB-Design gibt es hauptsächlich die folgenden Arten von Induktivitäten:

Drahtgewickelte Induktoren: Aus Draht gewickelte Induktoren mit hoher Leistung und großen Induktivitätswerten für Hochfrequenzanwendungen.

Dünnschichtinduktoren: Hergestellt durch Dünnschichttechnologie, sind sie klein und können mit hohen Frequenzen arbeiten und eignen sich für Geräte mit begrenztem Platz.

Ferrit-Induktoren: Mit Ferrit-Material als Kern bieten sie höhere Induktivitätswerte und werden hauptsächlich in der Stromversorgung und Filterkonstruktion verwendet.

Die Hauptfunktionen einer Induktivität auf einer Leiterplatte umfassen:

Filtern: Induktoren können mit Kondensatoren kombiniert werden, um Tiefpass- oder Hochpass-Filter zu bilden, um Rauschen und eine reibungslose Stromversorgung zu minimieren.

Energiespeicherung: In Schaltnetzteilen sind Induktoren für die Speicherung und Freigabe von Energie verantwortlich, um die Effizienz der Stromversorgung zu verbessern.

Signalverarbeitung: Induktoren können in der Signalkette eingesetzt werden, um Signale mit bestimmten Frequenzen zu verarbeiten, unerwünschte Frequenzen zu unterdrücken und die Signalqualität zu verbessern.

Die Leistung einer Induktion wird von einer Reihe von Faktoren beeinflusst, insbesondere von der Betriebsfrequenz. Induktoren weisen vor allem bei niedrigen Frequenzen Stromhinderung oder induktive Impedanz auf. Wenn die Frequenz zunimmt, steigt der Reaktanz allmählich an, bis er die Resonanzfrequenz erreicht, an welcher Stelle der Induktor kapazitive Eigenschaften aufweist. Die Wahl des richtigen Induktors, um seinen stabilen Induktivitätswert zu gewährleisten, ist entscheidend für die Konstruktion.

Bei der Auswahl eines Induktors für ein Schaltungsdesign müssen folgende Aspekte berücksichtigt werden:

Induktivität: Stellen Sie sicher, dass der gewählte Induktivitätswert die Schaltungsanforderungen erfüllt, um die Schaltungsleistung sicherzustellen.

Betriebsfrequenz: Wählen Sie den richtigen Induktortyp mit den gewünschten Frequenzcharakteristiken, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.

Größe und Leistung: Wenn der Platz im PCB-Layout begrenzt ist, ist es notwendig, die richtige Induktorgröße auszuwählen, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen und das Routing zu optimieren.

Thermisches Management: Induktoren erzeugen Wärme während des Betriebs, und das richtige Layout, um eine gute Wärmeableitung zu gewährleisten, ist auch eine wichtige Designüberlegung.

Die zur Abschirmung verwendete Erdungsebene ist ohne Unterbrechung wirksam.

Je mehr Kupfer eine Leiterplatte hat, desto besser leitet sie Wärme ab.

Selbst wenn Wirbel erzeugt werden, fließen diese Ströme nur lokal,verursachen nur geringe Verluste und beeinträchtigen kaum die Funktion der Bodenebene.

Daher ist vereinbart, dass die Erdungsebene auch unterhalb der Spule intakt bleiben sollte.