Электронное устройство, использующее катушки, называется печатной платой с катушками. Эти катушки являются важными компонентами в широком спектре приложений, включая трансформаторы, индукторы, двигатели, системы беспроводной зарядки и радиочастотные схемы. В современной электронике катушки могут быть непосредственно интегрированы в печатные платы (ПП) путём размещения медных дорожек в спиральной или винтовой форме на подложках, таких как FR4, полиимид или керамика.
Но что же такое катушка?
В электронике катушка индуктивности (также известная как индуктор) — это пассивный компонент, представляющий собой ряд витков или петель, намотанных на провод (обычно медный). Такая форма катушки позволяет ей накапливать энергию в виде магнитного поля при протекании через неё электрического тока.
Стоит отметить, что термин «катушка» иногда используется в более общем смысле. Например, механическую спиральную пружину также называют «спиральной пружиной», хотя она не выполняет никакой электрической функции. Однако в электронике катушка конкретно обозначает намотанный проводник, предназначенный для проявления индуктивности.
При протекании тока по проводнику вокруг него возникает магнитное поле в виде концентрических окружностей. Направление этого поля подчиняется правилу правой руки: если вы направите большой палец в направлении тока, ваши остальные пальцы согнутся в направлении магнитного поля.
Это магнитное свойство лежит в основе работы индукторов (катушек) в электронных цепях.
Катушка, или индуктор, играет две важные роли в электронных схемах:
При подаче напряжения на катушку начинает течь ток, создавая магнитный поток — меру полного магнитного поля, проходящего через катушку. Этот магнитный поток аналогичен потоку постоянного магнита и сохраняется в течение короткого времени даже после отключения питания.
Другими словами, катушка временно намагничивается, преобразуя электрическую энергию в магнитную и запасая её внутри. Способность катушки запасать эту энергию называется индуктивностью и измеряется в генри (Гн), часто в миллигенри (мГн) или микрогенри (мкГн).
Это сопротивление увеличивается с ростом частоты, поэтому катушки блокируют высокочастотный переменный ток эффективнее, чем низкочастотные или постоянные сигналы. Это свойство делает их идеальными для использования в фильтрах, системах подавления шума и цепях регулирования мощности.
Катушки можно классифицировать по конструкции и способу интеграции. Выделяют три основных типа:
Печатные платы с катушками — это не просто дополнительные элементы, а важнейшие компоненты, обеспечивающие эффективную и надежную работу современной электроники. Внедренные непосредственно в плату или используемые в качестве индукторов поверхностного монтажа, они выполняют несколько ключевых функций:
Печатные платы с катушками обеспечивают стабильную, эффективную и компактную работу схем — от смартфонов и ноутбуков до устройств Интернета вещей и автомобильных систем.
Хотя точное количество компонентов варьируется, индукторы обычно составляют от 5% до 15% всех поверхностно монтируемых компонентов на типичной печатной плате — гораздо меньше, чем иногда заявляемые 30–40% (что, вероятно, включает и конденсаторы).
Катушка состоит из проводника, намотанного в несколько витков, часто вокруг магнитного сердечника (например, ферритового) для повышения индуктивности. Материал сердечника увеличивает плотность магнитного потока, позволяя накапливать больше энергии в меньшем объёме.
При протекании тока:
Значение индуктивности зависит от:
Эта способность противостоять резким изменениям тока делает катушки незаменимыми в импульсных источниках питания, фильтрах и резонансных контурах.
Это планарные катушки, вытравленные непосредственно на печатной плате с помощью медных дорожек. Обычно используются в:
Готовые катушки индуктивности, монтируемые на печатную плату. Типы:
Если плату погнуть во время пайки катушки к печатной плате или после пайки, катушка может треснуть.
Поэтому необходимо размещать катушки так, чтобы максимально не возникало напряжения из-за изгиба печатной платы.
Размещение катушки параллельно направлению напряжения, как показано выше, приведет к прямому изгибу. Поэтому размещайте катушку перпендикулярно направлению действия напряжения.
Печатные платы с катушками — это не просто пассивные компоненты, это движущая сила современных технологий. Интегрированные катушки — основа инноваций: от питания смартфона до бесконтактных платежей и беспроводной зарядки.
Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах и требуют более высокой эффективности, достижения в области встраиваемых катушек, тонкопленочных технологий и 3D-намотки печатных плат обуславливают появление следующего поколения компактных высокопроизводительных схем.
Независимо от того, разрабатываете ли вы носимое устройство, датчик для IoT или силовой модуль, выбор правильного метода интеграции катушки может существенно повлиять на производительность, размер и стоимость.
Компания Victory PCB специализируется на проектировании и производстве печатных плат для катушек, включая: планарные спиральные катушки на заказ, встроенные индукторы, высокочастотные и ВЧ катушечные печатные платы, а также гибкие и жестко-гибкие катушечные схемы. Мы предлагаем комплексные решения от проектирования до производства, обеспечивая высокую надежность и производительность для вашего приложения. Свяжитесь с нами по адресу [email protected] сегодня, чтобы получить бесплатную индивидуальную смету для вашего проекта по производству печатных плат для катушек.
