Sollten Sie Kupfer unter einen Induktor gießen?

Ein praktischer Leitfaden für PCB-Designer

Beim PCB-Design ist die Frage, ob Kupfer unter eine Induktivität gegossen werden soll oder nicht, seit jeher ein umstrittenes Thema. Die richtige Antwort hängt vom Produkttyp und den Designzielen ab.

Fließt Wechselstrom durch eine Induktivität, kann das darunterliegende Kupfer Wirbelströme auf der Massefläche induzieren. Diese Wirbelströme können den Induktivitätswert der Leistungsinduktivität verändern, die Systemverluste erhöhen und zusätzliches Rauschen verursachen, das die Signalstabilität beeinträchtigt.

Aus Sicht der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV/EMI) kann eine massive Kupferschicht unter der Induktivität jedoch das Rauschverhalten verbessern . Dank moderner Fertigungsverfahren und der weit verbreiteten Verwendung abgeschirmter Induktivitäten konnte die magnetische Streuung erheblich reduziert werden. Das bedeutet, dass die Auswirkung auf die Induktivität minimal ist und Kupferschichten sogar bei der Wärmeableitung helfen können.

🔍 Induktortypen verstehen

Um die richtige Designauswahl zu treffen, ist es wichtig, die Struktur verschiedener Induktoren zu kennen:

• Ungeschirmte (Trommelkern-)Induktoren: Das Magnetfeld ist vollständig der Luft ausgesetzt und verfügt über keine magnetische Abschirmung.

• Halbgeschirmte Induktoren: Um die Spule herum wird magnetisches Abschirmmaterial angebracht, wodurch magnetische Streuung reduziert wird.

• Geformte (einteilige) Induktoren: Die Wicklung und das magnetische Material sind in einer einzigen geformten Struktur integriert, wodurch Luftspalte und magnetischer Flussverlust minimiert werden.

⚙️ Experimentelle Ergebnisse

Experimente zeigen, dass der Induktivitätswert aufgrund von Wirbelströmen leicht abnimmt, wenn Kupfer unter ungeschirmte Induktoren gegossen wird.
Bei geschirmten Induktivitäten bleibt die Induktivität jedoch nahezu unverändert.

🔬 Die Auswirkungen auf das Design von Stromkreisen

Wenn ein magnetischer Wechselfluss durch einen Leiter fließt, werden auf seiner Oberfläche Wirbelströme induziert. Diese Ströme erzeugen entgegengesetzte Magnetfelder, die den ursprünglichen Fluss schwächen.

Nehmen wir als Beispiel einen Boost-DC/DC-Wandler . Während des Betriebs ändert sich der Strom in der Induktivität dynamisch, wodurch ein magnetischer Fluss entsteht, der in den umgebenden Raum austreten kann.

• Ohne Kupfer unten: Der magnetische Fluss kann sich im System ausbreiten und so das EMI-Rauschen verstärken.

• Mit Kupfer darunter: Wirbelströme in der Kupferschicht wirken als elektromagnetische Abschirmung , reduzieren den nach unten gerichteten Streufluss und minimieren hochfrequente Störungen benachbarter Komponenten.

✅ Designempfehlungen

• Für EMI-Leistung: ✅ Gießen Sie Kupfer unter die Induktivität.

• Für abgeschirmte Induktoren: ✅ Kupferguss hat minimale Auswirkungen und hilft bei der Wärmeableitung.

• Für ungeschirmte Induktoren: ⚠️ Kupferguss kann die Induktivität leicht reduzieren – bewerten Sie dies anhand Ihrer Designprioritäten.

Profi-Tipp: Platzieren Sie Ausgangsfilter und empfindliche Komponenten auf der der Induktivität gegenüberliegenden PCB-Schicht, um die Kopplung zu verringern und die Ausbreitung hochfrequenter Störungen zu verhindern.

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