Индуктивтік орамдар электроникадағы негізгі, міндетті білу қажет бөлшектердің бірі. ППС жобалауды бастаған кезде ППС индуктивтік орамдарын түсіну маңызды . Неліктен? Себебі олар энергияны басқару, сигналдарды тазарту және белгілі бір тізбектердің дұрыс жұмыс істеуі үшін маңызды.
Бұл сіздің негізгі көмекшіңіз болсын платаның индуктивтік орамы . Біз негізгі ұғымдарды түсіндіреміз, қажеттілерді есептеуді көрсетеміз, кәсіби жобалау үшін кеңестер береміз және нақты құрылғыларда олар қалай қолданылатынын қарастырамыз.
Яғни, PCB индуктор деген не? Бұл негізінен өткізгіш материалдан (әдетте мыс) жасалған, схема тақтасының өзіне орнатылған орам. —әдетте мыс —бұл ішкі тәсіл кеңістікті үнемдейді, заттарды сенімді етеді және шығындарды төмендетеді, бұл құрылғылар үнемі кішірейіп, ақылды болып келе жатқан кезде өте қажет.
Осындай индукторлардың жұмыс істеу принципін түсіну және оларды PCB компоновкасына қалай енгізу керектігі — сіздің игеруіңіз керек негізгі дағды. Негіздерді оқып үйренсеңіз де, немесе тізбектерге тереңірек салынсаңыз да, мұны меңгеру сіздің сәттілігіңізге әкеледі.
ППС жобалап жатқанда индуктивтік орамның түрін таңдау маңызды шешім болып табылады. Олардың барлығы бірдей емес —әртүрлі түрлері әртүрлі міндеттерді орындау үшін жасалған.
Міне, мынау ’сіз кездесетін негізгі түрлеріне қысқаша шолу:
Сондықтан, Қандай индуктор таңдау керек ? Бірнеше сұрақ қоюдан бастаңыз: Ол қанша токты ұстай алуы керек? Сізге қандай индуктивтілік мәні қажет? Ол қандай жиілікте жұмыс істейді? Және, әрине, платада қанша орын бар?
Дұрыс таңдау — бұл индуктордың қабілеттерін сіздің нақты қажеттіліктеріңізбен сәйкестендіру —ол сигналды өңдеу, қуат беру немесе дабылды бақылау болсын
Платада индуктор жасаған кезде екі нәрсе абсолютті маңызды: орамның нелерден жасалғаны және орамның ішіндегі (магнитөткізгіш өзекше) не. Бұл таңдаулардың әрқайсысы индуктордың жұмыс өнімділігіне үлкен әсер етеді.
Оны былайша бөліп қарастырайық:
Сіз таңдаған материал үш нәрсені өзгертеді: жылу ретінде жоғалатын қуат мөлшері, магнит өрісінің максимумға жету нүктесі (қанығу) және жақсы жұмыс істейтін жиілік диапазоны.
Ядро материалы |
Әдеттегі қолдану жағдайы |
Сызықтық жауап |
Негізгі ескерту |
Ауа |
RF, байланыс |
Жогары |
Сигналдың анықтығы үшін ең жақсы |
Феррит |
Қуат, EMI сүзгілеу |
Орташа-жоғары |
Компактты конструкциялар үшін өте жақсы |
Темір ұнтағы |
Қуаттылық конверсиясы |
Орташа |
Жоғары токпен жұмыс істейтін |
Жақсы. Болаттан жасалған |
Қуаттандыру/басты жиілігі |
Төмен |
Ауыр жұмыс режиміндегі қолданбалардың |
Енді индуктордың немен жұмыс істейтінін талқылаййық. Сізге үлкен сан ’мен әрқашан бастаймын индуктивтілік мәні , Генриде өлшенеді. PCB-де сіз ’әдетте микрогенерияларда (μH) немесе наногенерияларда (nH) жұмыс істейді. Бұл, негізінен, индуктордың магнит өрісіне энергияны сақтау қабілетін көрсетеді. Қарапайым сөзбен айтқанда, индуктор ток өзгеруіне қарсы тұрады — that ’дәл осы индуктивтілік оған ток күшін реттеуге, жиіліктерді баптауға және шуылдарды сүзгілеуге мүмкіндік береді.
Бірақ индуктивтілік ’бұл бар болмыстың толық нұсқасы емес. Ескермеуге болмайтын басқа да маңызды техникалық сипаттамалар: ’тұрақты ток кедергісі (DCR):
Соңғы кеңес: Әрқашан индуктивті элементтің жұмыс іздемін соңғы кеңес: Әрқашан индуктивті элементтің rF және қуат тізбектерінде әсіресе модельдеу құралдары мен нақты зертханалық сынақтар арқылы. Қағаздағы техникалық сипаттамалар ’сіздің схемаңыз шынымен баспа платада болған кезде толық ақпаратты бермейді.
ПБШ индуктивті орамдарын жобалау терең түсінікті, дәл есептеулерді және дәлелденген жобалау нұсқауларын талап етеді. Мұнда ПБШ индуктивті орамдарын жобалауға арналған жалпы құрал және қадамдық нұсқаулық :
Жақсы ПБШ индуктивті орамын жасау негіздерді жақсы түсіндіруді, ұқыпты есептеуді және бірнеше жақсы тексерілген қадамдарды орындауды қажет етеді. Мұнда жалпы құрал және қадамдық нұсқаулық :
1-қадам: Қолдану аймағын және қажетті индуктивтілік мәнін көрсету
Алдымен, тізбекке индуктивті орамның не істеуі керектігін дәл біліңіз. Сіз сигналды фильтрлеудемісіз, жиілікті реттеудемісіз немесе энергияны сақтаудамыс үшін пайдаланасыз ба? Қажетті индуктивтілік мәнін соған сәйкес есептеңіз. Мысалы, егер сіз ’lC-фильтр жобалап жатсаңыз, мақсатты жиілікті және жүктеме кедергісін пайдаланып, тиісті индуктивтілікті (L) табыңыз.
2-қадам: Дұрыс өзекше материалын және орам геометриясын таңдау
Барлық индукторлар бірдей жасалмайды. Негізгі таңдау жиілікке, токқа және қолданылуына байланысты. Сымсыз зарядтауға бағытталдыңыз ба? Ферриттік негіздер өте жақсы. Жоғары жиілікті сүзгі керек пе? Ауа негізін немесе көп қабатты чиптік индукторларды қараңыз. Орамның геометриясы —ол кокс зауыты болсын, көміртегі қара зат өндіретін кәсіпорын немесе графит электродтарын шығаратын зауыт болсын, MirShine ’спираль, соленоид немесе жазық пішін —сонымен қатар өнімділікті әсер етеді.
3-қадам: Трасса енін және орам санын таңдау
Енді мыс бөлігіне келдік. Трасса ені қанша ток тасымалдай алатынын анықтайды және кедергіге (DCR) әсер етеді. Бұл мәнді есептеу үшін IPC-2221 стандартын немесе құрылымдық құралдарды қолданыңыз. Орам саны сіздің индуктивтілігіңізді белгілейді. Құрылымыңыз дәлме-дәл жиналсын деп барлық нәрсені өндіруші үшін түсінікті түрде құжаттаңыз.
4-қадам: Плата деңгейін және орналасуын анықтау
Индукторды қай жерге орнатуыңыз маңызды. Интерференциядан аулақ болу үшін жоғары жылдамдықты цифрлық трасса сияқты шулы аймақтардан алыс ұстаңыз. Қолжетімді кеңістікті, қабаттардың орналасуын және магнит өрістерін шектеу үшін экрандау қажет-жоғын ойлаңыз. Дұрыс орналасу ЭМИ мәселелерін болдырмауға және схемаңыздың таза жұмыс істеуіне көмектеседі.
5-қадам: Модельдеу және тәжірибелік үлгі
Қоңырау ’тек қана математикаға сенбеңіз —модельдеңіз. Altium Designer, Ansys Maxwell немесе Keysight ADS сияқты құралдар индуктивтілікті, токтың өтуін және потенциалды ЭМИ-ны да модельдеуі мүмкін. Бұл қадам уақытты үнемдеуге және қымбат тақталарды қайта қарауға болмайтын мәселелерді ерте анықтауға көмектеседі.
6-қадам: Тастау және Өлшеу
Тақтаны жинағаннан кейін ’оның нақты индуктивтілігін өлшеп, дизайнға сәйкес келетінін тексеру уақыты келді. Кіші ауытқулар да өнімділікке әсер етуі мүмкін радиожиілікті және қуаттық тізбектерде бұл тексеру ерекше маңызды.
Плата индукторлары маңызды компоненттер энергияны сақтау, сигналдарды фильтрлеу және ЭМИ-ні басу элементтері ретінде әртүрлі тізбектердің көптеген схемаларында
Міне, мынау ’тізбектің атқаратын жұмысына байланысты олар қай жерде қолданылатынына шолу жасайық:
Қуат түрлендіру: Бұл - өте маңыздысы. Тұрақты кернеудің бір деңгейін екінші деңгейіне түрлендіру қажет болған сайын —dC-DC түрлендіргіштер, импульстік қоректендіру блоктары мен кернеу стабилизаторлары сияқты құрылғыларда —сені ’индуктивті элементті табасыз. Оның негізгі міндеті токты тегістеу, бұл шығыстағы кернеуді тұрақты ұстап, пульсацияны минимумға дейін азайтады.
Сигналдарды фильтрлеу: Индуктивті элементтер конденсаторлармен бірігіп LC-фильтрлер құрайды. Бұлар төменгі жиілікті, жоғары жиілікті немесе жолақты фильтрлер болуы мүмкін және олар жарамсыз жиіліктерді блоктау үшін маңызды рөл атқарады. Сіз оларды дыбыс құрылғыларында, радиоларда және байланыс жүйелерінде кездестіресіз, мұнда олар қабылданатын сигналды таза және анық болуын қамтамасыз етеді. ’олар ’оларды дыбыс құрылғыларында, радиоларда және байланыс жүйелерінде кездестіруге болады, мұнда олар қабылданатын сигналдың таза және анық болуын қамтамасыз етеді.
ЖЖ тізбектері: Bluetooth, Wi-Fi және NFC модульдері сияқты радиожиілікті қолдануларда кішкентай жазық немесе көпқабатты индукторлар маңызды рөл атқарады. Олар дұрыс жиілікке түздеу және максималды қуат беру үшін импедансты сәйкестендіру үшін пайдалы.
Сымсыз қуат пен зарядтау: Бұл ’бұл өте қызық. Плата бетіне тікелей эшелген арнайы спиральды орам үлгілері сымсыз зарядтау пластиналары мен жақын аймақтағы байланыс (NFC) мүмкіндігін туғызады. Плата өзі-ақ зарядтау немесе байланыс орамына айналады.
Электромагниттік бөгеу (EMI) төмендету: Кейде “шоктар ” деп аталады, бұл индукторлар жоғары жиілікті электрлік шу үшін автожол сияқты болып табылады. Олар ток немесе деректер желілеріне орнатылып, тізбектің сезімтал бөліктеріне бөгеудің әсер етуінен сақтайды, бұл аналогтық және аралас сигналдық жүйелерде маңызды. ’реттеледі, бұл аналогтық және аралас сигналдық жүйелерде маңызды.
Тікелей PCB-ге индуктор жобалау ’бұл тек математика туралы ғана емес —сіз кейбір жиі кездесетін қиындықтарға да дайындалуыңыз керек. Мұнда ’назар аударуға тиістілер:
Шығармашылық үшін Дизайн: Өндірушіңізді ескере отырып жобалаңыз. Олар сенімді түрде шығара алатын трасса ені мен аралықтарды қолданыңыз және күтпеген жағдайлар болмау үшін түсінікті құжаттама беріңіз —қабаттардың орналасуы сияқты —күтпеген жағдайлар болмау үшін.
ПП индуктивтіліктерін жобалай отырып, сіз тек схеманың жұмыс істеуін қамтамасыз етумен шектелмеуіңіз керек —ол үлкен көлемде сенімді түрде өндірілуін қамтамасыз етуіңіз керек. Өндірісте сәтті болу үшін жобалаудың тәсілі мынадай: ’ол үлкен көлемде сенімді түрде өндірілуін қамтамасыз етуіңіз керек. Өндірісте сәтті болу үшін жобалаудың тәсілі мынадай:
С: Неліктен PCB индукторлары қазіргі контурлық тақталардың негізгі компоненттері болып табылады?
А: Сіз ’олар кез келген электронды бұйымда кездеседі, өйткені олар бірнеше маңызды жұмыстарды атқарады: энергияны сақтау, токты тегістеу, кернеуді реттеу және схеманы электромагниттік кедергілерден қорғау.
С: ПКБ индукторларын жобалау кезінде ең негізгі мәселе қандай?
А: Негізгі ережелерді дұрыс орындаңыз: индуктивтілік мәнін және токтың номиналын сіздің контурдың қажеттілігіне сәйкес келтіріңіз. Оның үстіне, сіз ’жағымсыз әсерлерді (паразиттер) және жылу жиналуын барынша азайту керек. Бұл ’жеңіп шыққан жобаның негізі ’сәтсіздікке ұшырамайды.
С: Менің PCB-де индукторлық катушканың дұрыс өлшемін қалай есептеймін?
A: Кәдімгі орам пішіндері үшін стандартты формулаларды қолдануға болады. Толығырақ бапталған немесе күрделі компоновкалар үшін сізге имитациялық құралдарға сүйену қажет. Бірақ қай әдісті қолдансаңыз да, LCR метрімен нақты платаны өлшеу арқылы сандарыңызды әрқашан тексеріңіз. ’бірақ қай әдісті қолдансаңыз да, LCR метрімен нақты платаны өлшеу арқылы сандарыңызды әрқашан тексеріңіз.
С: PCB-ге индукторларды жобалаудағы ең көп кездесетін қателіктер қандай?
Ж: Бірнеше негізгілері: индуктордың қаншалықты қызып кететінін ескермеу, оны шулы немесе сезімтал трассаларға тым жақын орналастыру және жобалау шешімдерін дұрыс құжаттамаға түсірмеу (бұл кейін өндіру немесе сынақ кезінде мәселелер туғызуы мүмкін).
Жарайды, осыны аяқтайық.
Нәтижесінде, PCB индукторларының қалай жұмыс істейтінін толық түсіну —және оларды дұрыс жобалауды білу —жоғары нәтижелі және сенімді электроника құруға ұмтылатын кез-келген адам үшін міндетті.
Егер сіз осы нұсқауда келтірілген принциптер мен қадамдарды қадағаласаңыз —негізгі ұғымдардан бастап, ақылды дизайн мен бөлшектерді таңдау арқылы соңғы тестілеуге дейін —сіз өзіңіздің сәттілігіңізді қамтамасыз етесіз. Нәтижесінде сіз мықты, масштабталатын және шынымен сенімді түрде өндіруге болатын, үздік өнімділікке ие дизайн аласыз.
Осы қадамдар. Келесі жобаңызбен сәттілік тілейміз