Có nên để Ground ngay dưới cuộn cảm hay không?

Các kỹ sư thường không đồng ý về việc liệu đáy cuộn cảm của bộ nguồn DC/DC có nên được đặt bằng đồng hay không. Lập luận đầu tiên là việc đặt đồng dưới cuộn cảm tạo ra dòng điện xoáy (dòng điện Fuco) trên mặt phẳng plane đất. Kết quả là, dòng điện xoáy ảnh hưởng đến độ tự cảm của cuộn cảm nguồn và làm tăng tổn hao hệ thống, đồng thời nhiễu trên plane đất tác động đến các tín hiệu tốc độ cao khác. Lập luận thứ hai là vùng đồng hoàn chỉnh giúp giảm EMI và cải thiện khả năng tản nhiệt.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về cách phân loại cuộn cảm, sau đó thực hiện một thí nghiệm đặt đồng bên dưới cuộn cảm. Cuối cùng, chúng tôi sẽ giải thích những lợi ích của việc triển khai một lớp đồng trước khi xác định xem việc đặt đồng bên dưới bộ nguồn DC/DC có thuận lợi hay không.

Phân loại cuộn cảm

Trước khi giải quyết cuộc tranh luận về lớp đồng, trước tiên chúng ta phải hiểu cách phân loại điển hình của cuộn cảm. Nói tóm lại, cuộn cảm được chia thành ba loại, được mô tả bên dưới.

Cuộn cảm không được che chắn

Một cuộn cảm không được che chắn có lõi định tuyến từ tính được tạo thành từ không khí, nghĩa là các đường sức từ của nó hoàn toàn tiếp xúc với không khí mà không có bất kỳ tấm chắn từ tính nào.

Cuộn cảm bán chắn

Một cuộn cảm bán được che chắn được xây dựng dựa trên khái niệm về cuộn cảm không được che chắn bằng cách kết hợp vật liệu che chắn từ tính vào ngoại vi. Do điện trở từ nhỏ của vật liệu dẫn điện, về cơ bản các đường sức từ bị khóa chặt trong vật liệu. Chỉ một phần nhỏ của từ trường tràn ra khỏi khe hở không khí. Kết quả là cuộn cảm này ít rò rỉ từ tính ra bên ngoài.

Cuộn cảm đúc (một mảnh)

Một cuộn cảm đúc đúc các cuộn dây và vật liệu từ tính cùng một lúc. Điều này chỉ để lại một khe hở không khí nhỏ bên trong, ngăn chặn hiện tượng bão hòa cảm ứng. Do đó, loại cuộn cảm này phần lớn không bị tràn dòng từ.

Hình 1 cho thấy và tóm tắt cả ba loại cuộn cảm.

Hình 1: Phân loại cuộn cảm

Thử nghiệm thực tế với MPQ4420

Hãy xem xét các thử nghiệm được chạy bằng bảng đánh giá MPQ4420 . Để mô phỏng việc đặt một lớp đồng dưới cuộn cảm, một tấm đồng nối đất được đặt gần cuộn cảm. Các gợn dòng điện cảm ứng được đo để đánh giá tác động của việc đặt đồng bên dưới cuộn cảm.

Kết quả thí nghiệm cho thấy dòng điện cảm ứng cực đại tăng khoảng 8% khi đồng được đặt gần cuộn cảm không được che chắn (xem Hình 2). Khi các cuộn cảm khác được sử dụng, giá trị peak to peak của cuộn cảm hầu như không đổi.

Hình 2: Thử nghiệm xác minh với Bảng đánh giá MPQ4420

Thí nghiệm thực tế này đã chứng minh rằng việc đặt đồng ở đáy cuộn cảm chỉ có tác dụng nhỏ đối với cuộn cảm không được che chắn. Độ tự cảm hầu như không thay đổi đối với một trong hai cuộn cảm được che chắn.

Ưu điểm của việc đặt đồng bên dưới cuộn cảm

Khi đặt đồng ở dưới cùng của cuộn cảm, từ trường được tạo ra bởi cuộn cảm hoặc các mạch tần số cao khác sẽ tạo ra dòng điện xoáy ở lớp đồng. Dòng điện này làm suy yếu các đường sức từ ban đầu, tương tự như cách một tấm chắn điện từ có thể chặn đường truyền xuống của từ trường. Hiệu ứng tổng thể phải được xem xét trong quá trình thử nghiệm EMI, vì điều quan trọng là phải giảm tác động của từ trường tần số cao lên các thành phần khác (xem Hình 3). Ngoài ra, thành phần bộ lọc EMI và đầu nối có thể được đặt ở mặt sau để tối ưu hóa hơn nữa hiệu suất EMI.

Hình 3: Hiệu ứng xoáy để bù đắp từ trường tần số cao cuộn cảm MPS

Phần kết luận

Tóm lại, nên sử dụng lớp đồng để thử nghiệm EMI, vì nó có thể cải thiện kết quả EMI. Về độ tự cảm, đồng về cơ bản không ảnh hưởng đến cuộn cảm được che chắn, do đó, lớp đồng chỉ được khuyến nghị cho cuộn cảm được che chắn.

Với tác dụng tối thiểu của đồng đối với cuộn cảm, kỹ sư cuối cùng sẽ quyết định xem có nên sử dụng đồng theo ứng dụng và thông số kỹ thuật cần thiết hay không.

Tham khảo: https://www.monolithicpower.com/when-is-it-beneficial-to-place-a-copper-layer-beneath-dc-dc-power-supplies