pcb上的電感器是用於在電路中存儲能量的無源元件,廣泛應用於電子設備中。 隨著科學技術的進步,電感在印刷電路板(PCB)上的應用越來越重要,已成為現代電子產品不可或缺的一部分。
用於電壓轉換的開關穩壓器使用電感來臨時存儲能量。這些電感器通常尺寸很大,必須位於開關穩壓器的印刷電路板(PCB)佈局中。 這項任務並不困難,因為流過電感器的電流可以變化,但不是瞬間的。 變化只能是連續的,通常相對緩慢。
開關調節器在兩條不同路徑之間來回切換電流。 這種切換非常快,取決於切換邊緣的持續時間。 開關電流流過的線路稱為熱電路或交流電流路徑,它們在一種開關狀態下傳導電流,而在另一種狀態下不傳導電流。 在PCB佈局中,熱回路面積應較小,路徑應較短,以儘量減少這些路徑中的寄生電感。 寄生線電感會產生不必要的電壓不平衡,並導致電磁干擾(EMI)。
囙此,可以假設電感器的放置並不重要。 將電感器置於熱回路之外是正確的,囙此在這種情況下,放置位置是次要的。 然而,有一些規則應該遵循。 敏感控制接線不得鋪設在電感器下方(不在PCB表面上或下方)、內層或PCB背面。 在電流的影響下,線圈產生磁場,這會影響訊號路徑中的弱訊號。 在開關穩壓器中,關鍵的訊號路徑是迴響路徑,它將輸出電壓連接到開關穩壓器IC或電阻分壓器。
還應注意,實際線圈具有電容和電感效應。 繞組直接連接到降壓開關調節器的開關節點。 結果,線圈中的電壓變化與開關節點處的電壓一樣强烈和迅速。 由於電路中的開關時間很短,輸入電壓很高,囙此對PCB上的其他路徑有相當大的耦合效應。 囙此,敏感線路應遠離線圈。 從圖中可以看出,黃色迴響路徑距離線圈L1一定距離。它位於電路板的內層。
一些電路設計人員甚至不希望線圈下的PCB基板上有任何銅層。 例如,即使在接地平面層中,它們也在電感器下方提供凹口。 目標是防止由於線圈的磁場而線上圈下方的接地平面中形成渦流。 這種方法沒有錯,但也有人認為接地平面應保持一致,不應中斷:
在PCB設計中,主要有以下幾種類型的電感器:
繞線電感器:由高功率和大電感值的導線纏繞而成的電感器,適用於高頻應用。
薄膜電感器:通過薄膜科技製造,它們很小,可以在高頻下工作,適用於空間有限的設備。
鐵氧體電感器:使用鐵氧體資料作為磁芯,它們提供更高的電感值,主要用於電源和濾波器設計。
PCB上電感器的主要功能包括:
濾波:電感器可以與電容器結合形成低通或高通濾波器,以最大限度地减少雜訊和平滑電源。
儲能:在開關電源中,電感器負責儲存和釋放能量,以提高電源的效率。
信號處理:電感器可用於訊號鏈中,以處理特定頻率的訊號,抑制不需要的頻率並提高訊號質量。
電感器的效能受到許多因素的影響,尤其是工作頻率。 電感器在低頻下主要表現出電流阻礙或電感阻抗。 隨著頻率的新增,電抗逐漸新增,直到達到諧振頻率,此時電感器表現出電容特性。 選擇合適的電感器以確保其穩定的電感值在設計中至關重要。
在為電路設計選擇電感器時,需要考慮以下幾個方面:
電感:確保所選電感值符合電路要求,以確保電路效能。
工作頻率:選擇具有所需頻率特性的正確類型的電感器,以確保最佳效能。
尺寸和功率:當PCB佈局中的空間有限時,有必要選擇合適的電感器尺寸以滿足功率要求並優化佈線。
熱管理:電感器在運行過程中會產生熱量,適當的佈局以確保良好的散熱也是一個重要的設計考慮因素。
用於遮罩的接地平面有效,不中斷。
PCB的銅含量越多,散熱效果越好。
即使產生渦流,這些電流也只在局部流動,只會造成很小的損失,幾乎不會影響接地平面的功能。
囙此,人們一致認為,即使線上圈下方,接地層也應保持完整。