magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 55 reszA nyomtatott áramköri lapok vezetősávjai nem „ekvipotenciális pontok”. A kapcsolóüzemű teljesítményelektronikai áramkörök tervezésekor nem mindig elegendő ezek induktivitásának minimumára törekedni, hanem, például szimulációknál és részletes tervezésnél – legalább egy jó becsléssel – figyelembe is kell venni annak értékét. Ehhez segít hozzá Robert e havi cikke.

 

 

Nemritkán a nyomtatott áramköri lap (NyÁK) vezetősávjainak induktivitásán áll vagy bukik egy tápegység megfelelő működése. A nagy induktivitású vezetősáv például megnövelheti egy kapcsolófet kapumeghajtó áramkörének nagy frekvencián mérhető impedanciáját, aminek hatása a tápegység hatásfokának vagy a szűrőkondenzátorok hatékonyságának csökkenésében is észlelhető. Ebben a cikkben összefoglalunk néhány egyszerű formulát, amellyel „szabadon álló” vagy földsík felett futó vezetősávok induktivitására becslés adható. Előrevetítjük a végeredményt: a földsík használata jelentősen csökkenti a vezetősáv induktivitását, ezért alkalmazása kritikus fontosságú egy tápegység optimális teljesítőképességének eléréséhez.

A legegyszerűbb vezetősáv egy téglalap alakú vezetőfelület, amely szabadon áll, tehát nincs a szigetelőlemez túloldalán más vezető felület. Ennek induktivitását az 1. ábrán látható képlettel lehet kiszámítani. Vegyük észre, hogy az induktivitás erősen függ a vezetősáv hosszától, a szélességével viszont csak logaritmikus összefüggést mutat. Érthető a törekvés, hogy tervezzük a vezetősávot olyan szélesre, ahogy csak lehet, hogy csökkentsük az induktivitását, ahogy a képletből következik, viszont a széles vezetősáv előnye logaritmikusan csökken. Ez világosan kiderül abból a táblázatból is, amely egy egyhüvelykes (25,4 mm-es) hosszúságú vezetősáv számított induktivitását tartalmazza néhány különböző szélességértéknél. Például egy 10 mil (0,254 mm) széles, 1,8 mil (70 μm) vastag, 1” (25,4 mm) hosszúságú réz fóliasáv induktivitása 24 nH. Ha a szélességet ötvenszeresére növelnénk, az induktivitás csak a negyedére csökkenne a kifejezésben szereplő logaritmusfüggvény tulajdonságai miatt.

1abra

1. ábra A szabadon álló vezetősáv induktivitása a szélesség logaritmikus függvénye

 

Az áramköri kártyáknál gyakran használnak földsíkot. Ez egyszerűsíti a vonalvezetést, minimalizálja a földfeszültség változásait, elektromos és mágneses árnyékolást alkot, kézben tarthatóvá teszi az impedanciákat, és segít az alkatrészek hűtésében is. Mindezen túl arra is lehetőséget ad, hogy csökkentse a NyÁK-lap vezetősávjainak induktivitását. A 2. ábra egyszerű formulát mutat egy földsík felett futó vezetősáv induktivitásának kiszámítására. A kifejezés azt mutatja, hogy lineáris kapcsolat van az induktivitás, valamint a földsíktól való távolság és a hosszúság értékeivel. Ezért minimalizálnunk kell a vezetősávot a földsíktól elválasztó távolságot, vagy növelnünk kell a vezetősáv szélességét annak érdekében, hogy a vezetősáv-induktivitást a lehetőség szerint csökkentsük. A táblázat néhány mintaszámítás eredményét mutatja, amelyek jól összehasonlíthatók az 1. ábrán látható értékekkel. Például azt találjuk, hogy egy 0,1 inch (2,54 mm) széles, szabadon álló vezetősáv induktivitása 14 nH/inch (azaz 5,5 nH/cm). Ha ugyanezt a vezetősávot egy kétoldalas, 0,06 inch (1,52 mm) vastag NyÁK-lemez túlsó oldali földsíkja felett vezetjük, 3 nH/inch (1,18 nH/cm) hosszúságegységre vonatkoztatott induktivitás adódik. Ez 5:1 arányú csökkenés, amely gyorsabb kapumeghajtókra, hatásosabb szűrőkondenzátorokra és csökkentett, a „közelségi hatásoktól” kevésbé függő áramköri veszteségre „fordítható le”. A 2. ábrán levő táblázat azt is megmutatja, hogy egy hatrétegű NyÁK-lapnál, ahol a dielektrikum vastagsága csak 0,01 inch (0,254 mm), még ennek is a hatodrészére csökken az induktivitás. Ebből jól látható, hogy a NyÁK-lap tervezésekor érdemes a földsíkot a NyÁK-felületen futó sávokhoz a lehető legközelebb elhelyezni az alkatrészeket összekötő vezetősávok induktivitásának minimalizálása érdekében.

2abra

2. ábra A földsík felett futó vezetősáv induktivitása szinte tetszőlegesen csökkenthető

Összegzés

Az egyoldalas NyÁK-ok vezetősávjainak – a földsík hiánya miatt – nagy az induktivitása. Ez a hátrány valamelyest mérsékelhető azzal, hogy az áramhurkot alkotó vezetékpárokat közel vezetjük egymáshoz. A földsíkok segítségével viszont akár nagyságrendnyi csökkenést is elérhetünk a szórt induktivitás értékében, amelynek a jelutak alacsonyabb impedanciája a következménye. Ennek eredményei a fokozott hatékonyságú kapumeghajtók, a szűrők teljesítőképességének javulása miatti kedvezőbb elektromágneses zavarsugárzás, a kisebb impedanciájú csomópontok miatt pedig a kisebb áthallás.
A sorozat következő részében ismét visszatérünk a flyback-feszültségátalakító lengéscsillapításának problémájára.

 

Robert Kollman ‑ Texas Instruments

www.ti.com/power-ca

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

8. rész

9. rész

10. rész

11. rész

12. rész

13. rész

14. rész

15. rész

16. rész

17. rész

18. rész

19. rész

20. rész

21. rész

22. rész

23. rész

24. rész

25. rész

26. rész

27. rész

28. rész

29. rész

30. rész

31. rész

32. rész

33. rész

34. rész

35. rész

36. rész

37. rész

38. rész

39. rész

40. rész

41. rész

42. rész

43. rész 

44. rész

45. rész

46. rész

47. rész

48. rész

49. rész

50. rész

51. rész

52. rész

53. rész

54. rész

 

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.

 
 
 

 

   
Advertisement
--!>