Fórum

Čo je vzájomná indukčnosť komponentov?

Čo je vzájomná indukčnosť komponentov?

Čo je vzájomná indukčnosť komponentov?

Ak vo svojich zapojeniach určite často používate transformátor, tak ste už asi oboznámení so vzájomnou indukčnosťou komponentov. Tento názov by však mohol byť za určitých okolností tak trochu zavádzajúci. Zdá sa, že ide o samotné zdieľanie indukčnosti, ako keby dve cievky stratili svoje vlastné prirodzené fyzikálne vlastnosti indukčnosti, keď ich usporiadate v tesnej blízkosti. Povedal by som, že vzájomná indukčnosť sa netýka zdieľania indukčnosti, ale skôr interakcie medzi dvoma, alebo viac indukčnosťami - teda zjednodušene povedané elektrické správanie jednej cievky ovplyvňuje elektrické správanie cievky v jej blízkosti.

Niet pochýb o tom, že transformátor je veľmi dôležitou aplikáciou vzájomnej indukčnosti, ale jav má rôzne ďalšie implikácie, ktoré sú relevantné pre každého, kto pracuje s elektronickými obvodmi a systémami (t. j. nielen návrhári transformátorov a indukčných prvkov).

"Neúmyselné" transformátory

Začnime túto sekciu logickým úsudkom:

  1. Predpoklad: Komponent, ktorý sa skladá z dvoch susedných cievok drôtu, sa nazýva transformátor - správne.
  2. Predpoklad: Diskrétna indukčnosť je cievka drôtu - správne.
  3. Dôsledok: ak umiestnime diskrétne indukčnosti do tesnej blízkosti, vytvárame tak neúmyselne transformátor - správne.

Ak zvážime, do akej miery prúd prechádzajúci cez primárne vinutie transformátora ovplyvňuje elektrické parametre sekundárneho vinutia, problém sa okamžite prejaví -  diskrétne indukčnosti môžu byť účinným prostriedkom na spojenie šumu a interferencie z jedného signálu na druhý. Toto je obzvlášť problematické v súčasnosti, keď sú obvody tak kompaktné - miniaturizované.

Povedzme napríklad, že máte malú PCB s kritickým signálom senzora, ktorý musí byť digitalizovaný. Ako anti-aliasingový filter sa rozhodnete použiť dolno priepustný LC filter -  "LC low-pass". Zdrojom napájania pre túto dosku je spínací regulátor. Vo svojej mysli nevytvoríte spojenie medzi anti-aliasingovým filtrom a napájacím obvodom, ale keďže konečné zariadenie nemusí byť o niečo väčšie ako krabička zápaliek, všetky komponenty sa nakoniec spoja na dvoch maličkých obojstranných DPS.

Predtým, ako odošlete váš návrh PCB na výrobu, pozrite sa, pre istotu ako sú umiestnené jednotlivé komponenty. Je indukčná cievka spínaného zdroja hneď vedľa indukčnosti fitra, ktorý má na starosti anti-aliasing? Alebo sú možno zvislo vedľa seba, t. j. jedna indukčnosť je na hornej strane PCB priamo nad druhou indukčnosťou na spodnej strane PCB? Síce sa povie, že substrát PCB by mohol znížiť účinky vzájomnej indukčnosti, teda by poskytoval určité odtienenie, ale fyzické tienenie vysokofrekvenčných magnetických polí nie je tak ľahké, ako sa na prvý pohľad zdá.

Ak váš návrh znemožňuje fyzicky oddeliť jednotlivé indukčnosti, môžete ich "magneticky odtieniť" pomocou ich relatívnej orientácie - ale toto musíte vykonať ešte počas navrhovania samotnej PCB. Magnetická väzba sa maximalizuje, keď sú cievky usporiadané paralelne. Ak máte vedľa seba dve indukčnosti, orientujte ich polohu jednu kolmo na druhú. Ak máte tri indukčnosti v tesnej blízkosti, dve môžu byť kolmé a tretia môže byť v uhle 45°.

Zníženie indukčnosti

Zaujímavý prejav vzájomnej indukčnosti medzi komponentami nastane, keď sú dve znich "zdrojové" a "záťažové"  časti aktuálnej cesty v tesnej blízkosti. Pod pojmom "zdrojové" a "záťažové" mám na mysli, že jedna časť trasy obsahuje prúd tečúci smerom "von", tj. zo zdroja k záťaži a druhá obsahuje prúd tečúci smerom "dovnútra", tj, zo záťaže späť k zdroju. V tomto prípade môžete znížiť celkovú indukčnosť aktuálnej cesty umiestnením vodičov zdroja a záťažovýchh vodičov blízko seba, a táto nižšia indukčnosť sa premietne do lepšieho vysokofrekvenčného výkonu.

Redukčné (nechcené) spojenie

Usporiadanie s nízkou indukčnosťou spomenté vyššie vedie tiež k fyzicky menšej prúdovej slučke, čo prináša ďalšie výhody. Vzájomná indukčnosť medzi jednou prúdovou slučkou a blízkou prúdovou slučkou vedie k neúmyselnému spojeniu. Pripomína mi to štvorcovú magnetickú slučkovú anténu, ktorá sa dodávala s rádio prijímačmi, ktoré sa predávali pred cca dvadsiatimi rokmi. Z elektrického hľadiska sú slučkové antény ako cievky, ktoré interagujú s magnetickou časťou prenášaného elektromagnetického signálu.

Veľké slučky sú dobré, ak sa snažíte počúvať rádio, ale nie také dobré, ak sa snažíte zachovať integritu signálu v elektronickom zariadení. Ak nechcete, aby sa signály z jedného podružného obvodu miešali so signálmi v inom podružnom obvode, môžete znížiť spojovanie znížením vzájomnej indukčnosti a vzájomnú indukčnosť môžete znížiť vytvorením fyzicky menšej prúdovej slučky.

Zlepšenie vašich prepojení

Hneď na úvod tejto časti pod pojmom prepojenia je myslené prepoje medzi vašimi jednotlivými PCB, ktoré realizujete vodičmi.  Zamýšľali ste niekedy nad tým, prečo prepájacie vodiče niekedy obsahujú vo svojej štruktúre ďalšie uzemňovacie vodiče? V niektorých prípadoch sú potrebné viaceré uzemňovacie vodiče, aby sa bezpečne preniesol všetok spätný prúd, ale v aplikáciách s nízkym prúdom pomáhajú zabrániť nadmernému spojeniu medzi susednými vodičmi na báze vzájomnej indukčnosti.

Ak je medzi vodičom a najbližším spätným vodičom veľká vzdialenosť, aktuálna cesta tohto vodiča bude mať veľkú plochu slučky. Susedný vodič v páre bude mať tiež oblasť slučky podobnej veľkosti (mierne väčšia alebo mierne menšia v závislosti od toho, kde je spätný vodič). V dôsledku toho bude ich vzájomná indukčnosť vysoká. Veľkosť slučiek môžete znížiť distribúciou uzemňovacích vodičov po celom kábli a ak skutočne chcete minimalizovať vzájomnú indukčnosť, môžete spárovať každý signálny vodič s vratným vodičom.

Záver

V tomto článku sme sa pozreli zbežne na niektoré praktické implikácie vzájomnej indukčnosti. Skutočne môžete zlepšiť integritu signálu a spoľahlivosť systému aj tým, že budete pamätať na tento jav už pri navrhovaní svojich dosiek plošných spojov a prepojení, a to najmä v tejto dobe miniaturizácie - keďže sa zariadenia neustále zmenšujú, je k dispozícii stále menšie a menšie množstvo miesta na zaistenie primeraného oddelenia medzi prúdovými slučkami a induktívnymi zložkami. Ak by ste sa chceli hlbšie zaoberať ďalšími otázkami súvisiacimi s rozložením komponentov na PCB, odporúčam vám dva zdroje, ktoré mi pomohli sformulovať informácie v tomto článku: jeden je poznámka k aplikácii od Maxima a druhou je .pdf publikácia, ktorú vydal Analog Devices.

 

Zdroje

Maxim integrated "Avoid PC-Layout \"Gotchas\" in ISM-RF Products" (eng) - klikni

Analog Devices "CHAPTER 12: Printed Circuid Board (PCB) Dessign issues" (.pdf) - klikni

 

Potrebujete jednoduchý no pritom spoľahlivý merač indukcie a kapacity ?

LC100-A LC Meter 1uH-100H Inductance 1pF-100mF Capacitance  si môžte zakúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Banggood)

LC100-A LC Meter 1uH-100H Inductance 1pF-100mF Capacitance  si môžte zakúpiť prostredníctvom tohoto odkazu - klikni (Aliexpress)

 



Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár. Pridáte prvý? Za obsah komentárov je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

Webwiki Button Seo servis Diallix.net VN-Experimenty