用印制板设计电感器的方法技术

本发明专利技术提供了一种用印制板设计电感器的方法，包括选择印制板材料；计算出对应印制板电感器的印制线厚度、匝数、线宽和线间距等参数；再计算电感承载电流，通过承载电流指标对电感器线宽进行修正，或通过改变覆层材料、厚度等方法进行修正，通过选择印制板材料或修改印制线线径保证电感器的Q值。本发明专利技术具有简单易行、稳定性好、可靠性高、不受外界环境影响，且节约成本。本发明专利技术可广泛用于无线电通信设备领域，也可用于各种滤波器电路，也可用于阻抗变换及匹配网络。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种，包括选择印制板材料；计算出对应印制板电感器的印制线厚度、匝数、线宽和线间距等参数；再计算电感承载电流，通过承载电流指标对电感器线宽进行修正，或通过改变覆层材料、厚度等方法进行修正，通过选择印制板材料或修改印制线线径保证电感器的Q值。本专利技术具有简单易行、稳定性好、可靠性高、不受外界环境影响，且节约成本。本专利技术可广泛用于无线电通信设备领域，也可用于各种滤波器电路，也可用于阻抗变换及匹配网络。【专利说明】
本专利技术属于无线电通信
，涉及电感器，具体涉及。
技术介绍
在无线电通信
中，特别是在涉及电台通信的电子电路中，所用的电感线圈多为磁环绕制或空心绕制的方法制成，但这两种方法设计的电感线圈，在某些特殊
中，包括在超短波电台通信
存在着技术缺陷:一是存在着磁环易受外界环境的影响的问题，即传统线绕线圈性能受环境应力变化较大的问题，如磁环在环境温度下参数会发生变化；二是空芯线圈本身易变形、体积也较大，即传统线绕线圈易变形引起电感量和电感品质因数(Q)值不稳定的问题。其中，电感品质因数Q值是衡量电感器的主要参数，Q值是指电感器在某一频率的交流电压下工作时，所呈现的感抗与其等效损耗电阻之比。Q值越高，电感器损耗越小，效率越高。
技术实现思路
为解决现有技术缺陷，本专利技术提出了一种利用印制板(PCB)设计电感器的方法，即通过利用印制板本身来设计电感器，并固化在印制板上，可单个使用，也可串联级联使用，与现有技术的绕线电感线圈相比，避免了现有技术存在的技术问题和缺陷，利用本专利技术设计的电感器，电感量和电感品质因数(Q)值稳定，不受环境变化，生产工艺、调试简单，性能一致性好。本专利技术的技术思路是，根据所要设计的电感器的尺寸、电感量和Q值已知条件参数，选择印制板材料；再根据已知条件和参数计算出对应印制板电感器的印制线厚度、匝数、线宽和线间距等参数；再计算电感承载电流，通过承载电流指标对电感器线宽进行修正，或通过改变覆层材料、厚度等方法进行修正，通过选择印制板材料或修改印制线线径保证电感器的Q值。本专利技术的具体设计方法包括如下步骤:I)选择印制板材料,确定印制板厚度和覆层箔材料；选择印制板材料，当要设计的印制板电感器工作频率低、承载功率低和Q值较低时，选用耐燃印制板材料；当要设计所述印制板电感器工作频率较高、承载功率大和Q值较高时，选用陶瓷印制板材料；确定印制板厚度，小功率电感器的印制板厚度选择薄一些，电感量大或电感承载功率大的可选择厚一些；确定印制板覆层箔材料，当覆层箔承载功率大、Q值高的可选用覆银层印制板，其它可选用覆铜层印制板；2)确定印制板电感器的尺寸参数；所述印制板电感器的电感量L、匝数η、线圈长度1、高度D之间的关系如下:L= (k* μ 0*n2*d*D) /1其中，k为系数，k取决于线圈(2*((D*d)A)1/2)与长度⑴的比值；Utl为真空磁导率=4* *10_7: ；D为电感器高度、d为厚度，其中电感器厚度就等于印制板厚度，用d表示；电感器的高度为电感线圈的直径，用D表示；*为乘号；3)电感器的印制板布局；在频率较低时，印制线宽度较宽时，Q值高，印制线宽度尽量布宽；在频率高时，印制线宽度尽量布窄；印制线之间的间距尽可能小；4)电感器印制线承载电流设计；印制线承载电流的设计范围等于印制线电流密度与覆层箔截面积A相乘得到，SPA=H*W;其中，H为覆层箔厚度、W为印制线宽度；5) Q 值验证；根据确定的印制板线圈长度1、高度D、印制线宽度W参数，通过辅助软件COILCALC.EXE进行Q值的验证，如满足要求，可进行下一步骤设计；若不满足要求，则可进行印制线宽度W的调整，重新返回步骤4)，进行承受电流的设计，可反复进行直到满足Q值要求为止；6)印制线电感器的印制板布线；根据上述确定的印制板厚、印制线宽度和电感器长度，利用PCB布板软件进行双面印制板绕制式走线，两层间通过金属化过孔连接，形成连续的螺旋式印制线。进一步的，在同一块印制板上集成多个所述印制板电感器组成印制板电感器组。进一步的，所述印制板电感器组每两个相邻的电感器印制线反向绕制，且间隔一定距离，再通过所述电感器印制线和印制线引脚相连接相邻的所述印制板电感器形成电感器串联，双面印制板布线。优点和积极效果:本专利技术具有结构简单、稳定性好、可靠性高、不受外界环境影响、易实现的优点，且节约成本。可广泛用于无线电通信设备领域，也可用于各种滤波器电路；也可用于阻抗变换及匹配网络。【专利附图】【附图说明】附图1为本专利技术印制板电感器平面图。附图2为本专利技术印制板电感器截面图。附图3为本专利技术实施例的印制板电感器组平面图。附图4为本专利技术设计流程图。图中，1 印制板；2 —印制板覆层印制线；3-过孔；4 —电感器引脚、5 —印制板覆层、d-印制线厚度、D-电感器高度、H—印制板覆层箔厚度、1-电感器线圈长度、J电感之间间距、W-印制线宽度、X-单个电感器长度、Y-印制线间距。【具体实施方式】下面结合附图，进一步说明印制板电感器设计方法:本实施例是以单个印制板电感器的设计为单元组成的串联级联印制板电感器设计，更能说明印制板电感器的显著效果。具体内容如下:如图1~3所示，通过设计一个IlOMHz的LC低通滤波器的串联电感器组为例，来阐述印制板电感器组设计步骤。电感器组技术指标:1、电感量 L: 2 个 69nH± 2nH ; 2 个 90nH土 2nH ；2、高度 D:10mm±0.3mm ;3、长度 X:49mm±0.3mm ;4、Q 值:不小于 200;5、承受电流:不小于1.2A如图4所示，印制板电感器设计步骤:为满足串联电感器组的技术指标要求。选用印制板电感器组的设计方法进行:步骤一:根据所要设计的电感器的参数要求，确定印制板相关参数。1、选择印制板材料；当所要求设计电感器要求工作频率低、承载功率不大、Q值不高时，印制板材料可选用耐燃材料等级FR4的印制板材料；当所要求设计电感器要求工作频率较高、承载功率大、Q值高的电感器时，选用陶瓷印制板材料；本专利技术选用FR4的印制板材料。2、确定印制板的厚度和覆层材料；印制板厚度d，取决电感器的机械强度，小功率电感器的印制板厚度选择1.5mm,电感量大或电感承载功率大可选择2_以上；覆层的材料，决定电感器的直流电阻，与电感器的Q值和承载功率有关，大功率、Q值高的电感器可选用覆银，其它可选用覆铜。印制板材料选择:由于工作频率为I IOMHz，因此选用普通耐燃材料等级为FR4材料即可满足设计要求。承受电流为1.2A、属承受中等功率、板厚d可选择2mm以上，本实施例选用2.5mm可满足设计要求。根据频率、承受中等功率及Q值参数要求,本实施例选用FR4覆铜印制板。步骤二:确定电感器的尺寸。如图1所示，由于电感器高度D和厚度d已确定，只需确定匝数η与线圈长度1:由公式L=(k*y Q*n2*d*D)/l,板厚 d 为 2.5mm,高度 D 为 IOmm, μ。=4.7* π *10'贝丨J:η2: I=L/ (k* μ Q*d*D) =L/ (k*4* π *10-7*2.5*10_3*10*10_3)=3.18*10lcl*L/k其中，k为系数，k为系数按K取值表选本文档来自技高网...

【技术保护点】
用印制板设计电感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)选择印制板材料，确定印制板厚度和覆层箔材料；选择印制板材料，当要设计的印制板电感器工作频率低、承载功率低和Q值较低时，选用耐燃印制板材料；当要设计所述印制板电感器工作频率较高、承载功率大和Q值较高时，选用陶瓷印制板材料；确定印制板厚度，小功率电感器的印制板厚度选择薄一些，电感量大或电感承载功率大的可选择厚一些；确定印制板覆层箔材料，当覆层箔承载功率大、Q值高的可选用覆银层印制板，其它可选用覆铜层印制板；2)确定印制板电感器的尺寸参数；所述印制板电感器的电感量L、匝数n、线圈长度1、高度D之间的关系如下：L=(k*μ0*n2*d*D)/1其中，k为系数，k取决于线圈(2*((D*d)/π)1/2)与长度(1)的比值；μ0为真空磁导率=4*π*10‑7；；D为电感器高度、d为厚度，其中电感器厚度就等于印制板厚度，用d表示；电感器的高度为电感线圈的直径，用D表示；*为乘号；3)电感器的印制板布局；在频率较低时，印制线宽度较宽时，Q值高，印制线宽度尽量布宽；在频率高时，印制线宽度尽量布窄；印制线之间的间距尽可能小；4)电感器印制线承载电流设计；印制线承载电流的设计范围等于印制线电流密度与覆层箔截面积A相乘得到，即A=H*W；其中，H为覆层箔厚度、W为印制线宽度；5)Q值验证；根据确定的印制板线圈长度1、高度D、印制线宽度W参数，通过辅助软件COILCALC.EXE进行Q值的验证，如满足要求，可进行下一步骤设计；若不满足要求，则可进行印制线宽度W的调整，重新返回步骤4)，进行承受电流的设计，可反复进行直到满足Q值要求为止；6)印制线电感器的印制板布线；根据上述确定的印制板厚、印制线宽度和电感器长度，利用PCB布板软件进行双面印制板绕制式走线，两层间通过金属化过孔连接，形成连续的螺旋式印制线。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静，张勇军，李关策，
申请(专利权)人：陕西烽火电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61