PCB Tecnico - Su un PCB in modalità switch, il posizionamento dell'induttore è appropriato

Gli induttori su pcb sono componenti passivi utilizzati per immagazzinare energia nei circuiti e sono ampiamente utilizzati nei dispositivi elettronici. Con il progresso della scienza e della tecnologia, l'applicazione degli induttori sui circuiti stampati (PCB) sta diventando sempre più importante ed è diventata una parte indispensabile dei moderni prodotti elettronici.

I regolatori di commutazione per la conversione di tensione utilizzano l'induttanza per immagazzinare temporaneamente l'energia. Questi induttori sono solitamente di dimensioni molto grandi e devono essere situati nel layout del circuito stampato (PCB) del regolatore di commutazione. Questo compito non è difficile perché la corrente che scorre attraverso l'induttore può cambiare, ma non istantaneamente. Il cambiamento può essere solo continuo ed è solitamente relativamente lento.

I regolatori di commutazione commutano la corrente avanti e indietro tra due percorsi diversi. Questa commutazione è molto veloce, a seconda della durata del bordo di commutazione. Le linee attraverso le quali i flussi di corrente di commutazione sono chiamati circuiti termici o percorsi di corrente ALTERNATI, che conducono la corrente in uno stato di commutazione e non nell'altro stato di commutazione. Nei layout PCB, l'area del ciclo termico dovrebbe essere piccola e il percorso breve per ridurre al minimo l'induttanza parassitaria in questi percorsi. L'induttanza del filo parassitico può produrre uno squilibrio di tensione indesiderato e portare a interferenze elettromagnetiche (EMI).

Pertanto,si può presumere che il posizionamento dell'induttore non sia importante. È corretto avere l'induttore fuori dal ciclo caldo - quindi in questo caso, il posizionamento è di secondaria importanza. Tuttavia, ci sono alcune regole che dovrebbero essere seguite. I cavi di controllo sensibili non devono essere posti sotto l'induttore (non sopra o sotto la superficie del PCB), nello strato interno o sul retro del PCB. Sotto l'influenza del flusso di corrente, la bobina crea un campo magnetico, che può influenzare i segnali deboli nel percorso del segnale. Nei regolatori di commutazione, un percorso critico del segnale è il percorso di feedback, che collega la tensione di uscita al regolatore di commutazione IC o al divisore di resistenza.

Va anche notato che le bobine reali hanno effetti sia capacitivi che induttivi. Gli avvolgimenti sono direttamente collegati al nodo di commutazione del regolatore di commutazione step-down. Di conseguenza, la tensione nella bobina cambia forte e rapidamente come la tensione al nodo di commutazione. Poiché il tempo di commutazione nel circuito è molto breve e la tensione di ingresso è molto alta, c'è un notevole effetto di accoppiamento sugli altri percorsi sul PCB. Pertanto, il cablaggio sensibile dovrebbe essere tenuto lontano dalla bobina. Come può essere visto dalla figura, il percorso di feedback giallo è ad una certa distanza dalla bobina L1. Si trova nello strato interno del circuito stampato.

Alcuni progettisti di circuiti non vogliono nemmeno strati di rame nel substrato PCB sotto la bobina. Ad esempio, forniscono una tacca sotto l'induttore, anche in uno strato piano a terra. L'obiettivo è prevenire la formazione di correnti parassite nel piano di terra sotto la bobina a causa del campo magnetico della bobina. Non c'è nulla di sbagliato in questo approccio, ma si sostiene anche che il piano di messa a terra dovrebbe rimanere coerente e non dovrebbe essere interrotto:

Nella progettazione PCB, ci sono principalmente i seguenti tipi di induttori:

Induttori avvolti in filo: Induttori avvolti da filo con valori di alta potenza e induttanza di grandi dimensioni per applicazioni ad alta frequenza.

Induttori a film sottile: Fabbricati con tecnologia a film sottile, sono piccoli e possono funzionare ad alte frequenze e sono adatti per dispositivi con spazio limitato.

Induttori di ferrite: Facendo uso del materiale di ferrite come nucleo, forniscono valori di induttanza più elevati e sono utilizzati principalmente nelle progettazioni di alimentazione e filtro.

Le funzioni principali di un induttore su un PCB includono:

Filtrazione: Gli induttori possono essere combinati con condensatori per formare filtri passa basso o passa alto per ridurre al minimo il rumore e regolare l'alimentazione elettrica.

Stoccaggio dell'energia: negli alimentatori di commutazione, gli induttori sono responsabili di immagazzinare e rilasciare energia per migliorare l'efficienza dell'alimentazione elettrica.

Elaborazione del segnale: Gli induttori possono essere utilizzati nella catena del segnale per elaborare i segnali a frequenze specifiche, sopprimere le frequenze indesiderate e migliorare la qualità del segnale.

Le prestazioni di un induttore sono influenzate da una serie di fattori, in particolare la frequenza di funzionamento. Gli induttori presentano principalmente ostacoli di corrente, o impedenza induttiva, alle basse frequenze. Man mano che la frequenza aumenta, la reattanza aumenta gradualmente fino a raggiungere la frequenza risonante, punto in cui l'induttore presenta caratteristiche capacitive. La scelta dell'induttore giusto per garantire il suo valore di induttanza stabile è cruciale nella progettazione.

Nella scelta di un induttore per la progettazione di un circuito devono essere presi in considerazione i seguenti aspetti:

Induttanza: Assicurarsi che il valore di induttanza selezionato soddisfi i requisiti del circuito per garantire le prestazioni del circuito.

Frequenza di funzionamento: Selezionare il giusto tipo di induttore con le caratteristiche di frequenza desiderate per garantire prestazioni ottimali.

Dimensioni e potenza: Quando lo spazio è limitato nel layout PCB, è necessario selezionare la dimensione giusta dell'induttore per soddisfare i requisiti di potenza e ottimizzare il routing.

Gestione termica: gli induttori generano calore durante il funzionamento e la disposizione corretta per garantire una buona dissipazione del calore è anche una considerazione importante di progettazione.

Il piano di messa a terra utilizzato per la schermatura è efficace senza interruzione.

Più rame ha un PCB, meglio dissipa il calore.

Anche se i vortici sono generati, queste correnti scorrono solo localmente, causano solo piccole perdite e difficilmente influenzano la funzione del piano di terra.

Pertanto, è convenuto che lo strato del piano di messa a terra, anche sotto la bobina, dovrebbe rimanere intatto.