¿Hay algún efecto inesperado al imprimir un inductor en una PCB?

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Supongamos que imprimo un PCB de ocho capas, con una espiral comenzando en la capa superior y continuando a través de todas las capas internas hacia abajo. Suponiendo que mantengo la espiral girando en la misma dirección en todas las capas, esta PCB debería actuar como un inductor. (Podría dejar un agujero en el centro de la espiral para un núcleo, o si no, simplemente podría dejarlo en el centro del aire. Estoy asumiendo el núcleo del aire por el momento, para simplificar). Hay muchas calculadoras disponibles para determinar la inductancia de un choke de núcleo de aire, y para determinar la ampacidad de las trazas de cobre en pesos y anchos dados en las capas internas y externas. El diseño ingenuo de tal inductor es sencillo.

Lo que me pregunto sobre los efectos no obvios. ¿La inductancia realmente se convertirá en un estrangulamiento de núcleo de aire enrollado con alambre con dimensiones y números de devanados equivalentes? ¿Habrá efectos de calentamiento adicionales debido al acoplamiento magnético entre las capas, o entre la PCB y cualquier metal cercano? ¿Los efectos magnéticos causarán tensiones físicas en la estructura del tablero? ¿Hay alguna otra razón por la que esto pueda resultar una idea menos interesante de lo que parece al principio?

    
pregunta Stephen Collings

2 respuestas

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Un inductor fabricado grabando una espiral en una PCB funciona bien. Ocasionalmente, esto se ha utilizado en aplicaciones de alta corriente de presupuesto ajustado, donde la EMI que se irradia desde la "bobina" no es una preocupación importante, y tampoco lo es el valor preciso de la inductancia.

La calculadora mencionada por OP en los comentarios es optimista en comparación con los resultados obtenidos en la práctica.

Sí, 50 A en impulsos con un período de enfriamiento suficiente entre ellos, en trazos de 2 onzas de pulgada funcionarán bien. Si 4 oz de cobre es una opción, funciona mejor, tanto por la menor resistencia como por la mayor capacidad térmica.

  • Un riesgo de tal diseño es delamination / gasear capas en tableros más baratos y cobre más delgado
  • Espere tal vez de un tercio a dos tercios de la inductancia que muestra la calculadora, yendo por los resultados reales que he visto para un inductor de PCB de 20 Amp 100 microHenry planar
  • El acoplamiento con el metal cercano es mínimo: tenga en cuenta que la "bobina" es un inductor plano, por lo tanto, las líneas de fuerza magnéticas están altamente distorsionadas y aplanadas en comparación con un perfil de bobina de alambre circular.
  • La adición de un núcleo de material adecuado en forma de remache en cuclillas puede ser muy beneficiosa, especialmente si el diámetro máximo de la espiral se puede mantener relativamente pequeño. A medida que aumenta el diámetro exterior, la eficacia del núcleo disminuye drásticamente.

Divulgación: nunca había visto esa calculadora en particular antes

    
respondido por el Anindo Ghosh
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Hacer inductores de pequeño valor como este definitivamente funciona. El problema es que el número de vueltas es muy limitado para el tamaño, incluso si se utilizan varias capas. Otro problema es que dado que los giros se expanden radialmente hacia afuera, el campo magnético no está bien concentrado en el centro como lo sería con un alambre enrollado alrededor de un núcleo. Eso causa mucha inductancia de fuga si intenta hacer un transformador de esa manera. No hay problema de inductancia de fuga con solo una bobina de dos terminales, pero la inductancia general será baja.

¡¡500 µH a 1 mH a 50 A !!? ¿¡¡Seriamente!!? Eso es tan ridículamente lejano como para ser cómico. Incluso con los rastros de cobre más gruesos que puede hacer su casa de tablas, solo piense en el ancho que tendría que tener cada uno para soportar 50 A. Luego piense en las pocas vueltas que permite y en la rapidez con la que el diámetro crece con más vueltas. O simplemente mire la energía que le está pidiendo a este inductor que almacene. 50 A a 500 µH es 2.5 J !!! ¿Dónde exactamente estás alucinando que se supone que se almacena esta energía?

    
respondido por el Olin Lathrop

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