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干货 | 电源中电感底部需要铺地平面吗?

最新更新时间:2022-05-16
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电感有交变电流,电感底部铺铜会在地平面上产生涡流,涡流效应会影响功率电感的电感量,涡流也会增加系统的损耗,同时交变电流产生的噪声会增加地平面的噪声,会影响其他信号的稳定性。

在EMC方面来看,在电感底部铺铜,完整的地平面铺铜有利于EMI的设计;现在的电感的生产工艺升级,电感采用屏蔽型电感,泄露的磁感线很少,对电感的感量影响不大,还能有利于散热。

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实际工程中又该如何去选择呢?


工程中该如何选择,首先要了解电感的构造。我们常用电感有非屏蔽工字型电感、半屏蔽电感、一体成型电感。那它们有什么特点呢?


非屏蔽工字电感,磁路由磁芯和空气共同构成,其磁感线会完全暴露在空气中,没有任何的磁屏蔽。


半屏蔽电感,由其骨架结构可以看出,在工字电感的基础上,在电感外围增加了磁屏蔽材料。因为磁屏蔽材料的磁阻小,磁感线基本被锁定在导磁材料中,只有很少一部分的磁场会从气隙中泄露出来,所以能起到一定的屏蔽作用。


一体成型电感,在电感生产时将绕组和导磁材料一次铸造而成,内部只有很小的气隙,防止电感饱和,所以这种电感基本没有什么磁感线溢出。


实验非屏蔽工字电感和屏蔽电感铜皮对电感量的影响。


实验发现非屏蔽工字电感有铜皮的条件下,电感量有减小,而屏蔽型电感几乎没有影响。

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电感底部敷铜与否对电源有什么影响呢


思考这个问题前首先回顾了解下涡流效应。磁感线由N到S级,存在交变磁场经过导体表面时,由电磁感应定律可知,在导体表面形成感应电流,感应电流产生的磁场方向总是会起到消弱原磁场大小的作用。


下面是Boost升压DC/DC电路电流环路的情况,来聊聊电感底部敷铜对电源设计的影响。


当Boost升压正常工作时,电感中流过负载电流,形成回路。由于开关管的存在,电流是动态变化的,由此可形成电感的磁感线,在导体的表面部分磁感线回形成封闭的磁回路,部分磁路会形成漏磁溢出到空气中。如果电感底部没有敷铜时,从电感中溢出的磁感线会在整个电源系统中存在,使系统没有相对安静的空间,会造成EMI的性能下降。


如果电感底部敷上完整的铜时,在电感的底部平面会产生涡流效应,涡流会将抵消部分漏感产生的磁场,使得原漏磁感应线消弱。电感底部敷铜,产生的涡流就如同电磁屏蔽罩一样,阻断了磁感应线向下传播,因而可以将电感产生的高频磁场屏蔽在导体的一面,这样极大的减小高频磁场对空间中其他元器件的影响。


从两个角度来看,站在EMI的角度,建议敷铜;站在电感感量的角度,屏蔽型电感感量没有影响,所以也建议敷铜,而仅工字电感底部敷对电感感量有少许影响,所以在实际的工程中视情况而定。

在实际的PCB布局中,开关出的滤波器放在与电感相反的PCB平面,更有利于避免高频干扰滤波元器件,防止高频干扰通过线传输出去。


来源:硬件工程师



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