PCB-Induktivitäten verstehen: Definition, Berechnungsmethoden und Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Design

Induktoren sind spezielle Komponenten, die dabei helfen, plötzliche Änderungen des elektrischen Stroms zu kontrollieren. Sie funktionieren, indem sie Energie in einem Magnetfeld speichern und sie dann an den Stromkreis abgeben, was dazu beiträgt, Stromspitzen oder -stöße zu reduzieren. Ein in elektronischen Geräten häufig verwendeter Induktortyp ist der PCB-Induktor. In diesem Artikel erklären wir, was ein PCB-Induktor ist und zeigen Ihnen einige Möglichkeiten zur Berechnung seines Induktivitätswerts. Am Ende werden Sie ein besseres Verständnis dafür haben, wie PCB-Induktivitäten funktionieren und welche Bedeutung sie in elektronischen Schaltkreisen haben.

Was ist ein PCB-Induktor?

Ein PCB-Induktor ist eine Art elektronisches Bauteil, das in PCBs zur Speicherung und Steuerung elektrischer Energie verwendet wird. Es dient dazu, ein Magnetfeld zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, wenn ein elektrischer Strom durch es fließt. Der Hauptzweck eines PCB-Induktors besteht darin, Energie in Form eines Magnetfelds zu speichern und bei Bedarf wieder an den Stromkreis abzugeben. Diese Eigenschaft von Induktivitäten macht sie für verschiedene elektronische Anwendungen unverzichtbar, darunter Stromversorgung, Signalfilterung, Impedanzanpassung und Energiespeicherung. PCB-Induktivitäten gibt es in verschiedenen Größen und Konfigurationen, was eine flexible Gestaltung und Integration in elektronische Schaltkreise ermöglicht. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung des effizienten Betriebs und der Leistung elektronischer Geräte.

Was ist der Zweck eines Induktors?

Induktivitäten haben die Funktion, eine elektromotorische Kraft zu erzeugen, um Schwankungen bei schwankenden Stromflüssen zu reduzieren und elektrische Energie als magnetische Energie zu speichern. Es verfügt über Eigenschaften, die einen problemlosen Gleichstromfluss ermöglichen und gleichzeitig eine hohe Beständigkeit gegen hochfrequenten Stromfluss aufweisen.

Induktoren haben folgende spezifische Anwendungszwecke:

• Aufteilung notwendiger und unnötiger Signale (Filterung)

• Stabilisierung der Spannung in einem Stromkreis (Glättung)

• Anpassungsimpedanz in einem Hochfrequenzkreis

Wie berechnet man die Spuleninduktivität?

Induktivität ist ein Begriff, mit dem jeder Physikstudent vertraut sein sollte. Es hat eine eigene Formel und wird häufig mit Widerstand und Kapazität kombiniert. Oliver Heaviside prägte den Begriff erstmals im Jahr 1886. Darüber hinaus verwenden wir das L, um Induktivitäten in Schaltplänen und Induktivitäten in Gleichungen darzustellen, zu Ehren des bedeutenden Physikers Heinrich. Lernen wir die Induktivitätsformel kennen und erfahren, wie man sie zur Bestimmung der Induktivität von verwendet jedes Element.

Die Formel lautet wie folgt:

L = (μ₀ * μᵣ * N² * A) / l

Wo:

• L ist die Induktivität in Henry (H).

• μ₀ ist die Durchlässigkeit des freien Raums, ungefähr 4π x 10^(-7) H/m.

• μᵣ ist die relative Permeabilität des Kernmaterials.

• N ist die Anzahl der Windungen in der Spule.

• A ist die Querschnittsfläche der Spule in Quadratmetern (m²).

• l ist die Länge der Spule in Metern (m).

Wie entwerfe ich Induktivitäten auf einer Leiterplatte?

Gehen Sie folgendermaßen vor, um Induktivitäten auf einer Leiterplatte zu entwerfen:

1. Bestimmen Sie die erforderliche Induktivität: Identifizieren Sie den spezifischen Induktivitätswert, der für Ihr Schaltungsdesign erforderlich ist. Dies kann basierend auf den Schaltungsanforderungen und der gewünschten Leistung berechnet werden.

2. Wählen Sie das Kernmaterial aus: Wählen Sie das geeignete Kernmaterial basierend auf Faktoren wie dem Betriebsfrequenzbereich, dem gewünschten Sättigungsgrad und Größenbeschränkungen. Zu den üblichen Kernmaterialien gehören Ferrit, Eisenpulver und Luft.

3. Bestimmen Sie die Kerngröße und -form: Wählen Sie die Kerngröße und -form, die Ihren Designanforderungen am besten entspricht. Berücksichtigen Sie Faktoren wie den verfügbaren Platz auf der Platine, die gewünschte Induktivität und die magnetische Feldstärke.

4. Berechnen Sie die Anzahl der Windungen: Bestimmen Sie die Anzahl der Windungen, die erforderlich sind, um den gewünschten Induktivitätswert zu erreichen. Diese Berechnung hängt vom verwendeten Kernmaterial, der Kerngröße und dem verwendeten Drahtquerschnitt ab.

5. Wählen Sie den Drahtquerschnitt: Wählen Sie den geeigneten Drahtquerschnitt basierend auf der Stromstärke und dem verfügbaren Platz auf der Leiterplatte. Dickere Drahtstärken können höhere Ströme verarbeiten, erfordern jedoch möglicherweise mehr Platz.

6. Bestimmen Sie die Spulenform und das Layout: Entscheiden Sie sich für die Spulenform (z. B. Magnetspule, Ringkernspule) und das Layout, die am besten zu Ihrem PCB-Design passen. Berücksichtigen Sie Faktoren wie die Platzierung der Komponenten, die Signalintegrität und elektromagnetische Störungen.

7. Berücksichtigen Sie parasitäre Auswirkungen: Berücksichtigen Sie alle parasitären Effekte, die die Leistung des Induktors beeinträchtigen können, wie z. B. Eigenkapazität und Widerstand. Diese Auswirkungen können durch geeignete Designtechniken und Komponentenauswahl minimiert werden.

8. Simulieren und testen: Verwenden Sie Simulationssoftware oder Prototypentests, um die Leistung des entworfenen Induktors zu überprüfen. Passen Sie die Parameter nach Bedarf an, um die gewünschten Spezifikationen zu erfüllen.

9. Dokumentieren Sie den Entwurf: Dokumentieren Sie das Induktordesign, einschließlich Spezifikationen, Berechnungen und etwaiger Designüberlegungen. Diese Dokumentation wird für zukünftige Referenzzwecke und Replikation nützlich sein.

Das Entwerfen von Induktivitäten auf einer Leiterplatte erfordert ein gutes Verständnis der elektromagnetischen Prinzipien, des Schaltungsdesigns und der Leiterplattenlayouttechniken. Es wird empfohlen, erfahrene Leiterplatteningenieure zu konsultieren oder spezielle Designsoftware zu verwenden, um eine optimale Leistung sicherzustellen. Video: https://share.vidyard.com/watch/eRWCX52WfspHX4UcREymYp?

Zusammenfassung

PCB-Induktivitäten sind wichtige Komponenten in modernen elektronischen Schaltkreisen, die für die Verwaltung magnetischer Energie und den reibungslosen Betrieb verschiedener Geräte verantwortlich sind. Du kannst kontaktieren Sie uns wenn Sie Hilfe bei einem der Konzepte benötigen.