Qu'est-ce qu'un circuit imprimé à bobine ? Types, fonctions et applications

Un dispositif électronique utilisant des bobines est appelé circuit imprimé à bobines. Ces bobines sont des composants essentiels dans un large éventail d'applications, notamment les transformateurs, les inductances, les moteurs, les systèmes de charge sans fil et les circuits RF (radiofréquence). En électronique moderne, les bobines peuvent être directement intégrées aux circuits imprimés (PCB) en structurant des pistes de cuivre en spirales ou en hélices sur des substrats tels que le FR4, le polyimide ou la céramique.

Mais qu'est-ce qu'une bobine exactement ?

Qu'est-ce qu'une bobine ?

En électronique, une bobine, également appelée inductance, est un composant passif constitué d'un fil conducteur (généralement en cuivre) enroulé en une série de boucles ou de spires. Cette forme enroulée lui permet de stocker de l'énergie sous forme de champ magnétique lorsqu'il est traversé par un courant électrique.

Il convient de noter que le terme « bobine » est parfois utilisé de manière plus générale. Par exemple, un ressort hélicoïdal mécanique est également appelé « ressort hélicoïdal », bien qu'il n'ait aucune fonction électrique. En électronique, cependant, une bobine désigne spécifiquement un conducteur enroulé conçu pour présenter une inductance.

Lorsqu'un courant traverse un conducteur, un champ magnétique est généré autour de celui-ci, formant des cercles concentriques. La direction de ce champ suit la règle de la main droite : si vous pointez votre pouce dans la direction du courant, vos doigts se courbent dans la direction du champ magnétique.

Cette propriété magnétique est à la base du fonctionnement des inducteurs (bobines) dans les circuits électroniques.

Comment fonctionne une bobine (inductance) ?

Une bobine, ou inductance, joue deux rôles essentiels dans les circuits électroniques :

• Stockage d'énergie : Il stocke l'énergie électrique sous forme de champ magnétique.

• Opposition aux changements de courant : Il résiste aux changements de courant, en particulier dans les circuits à courant alternatif (CA)

Flux magnétique et inductance

Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes d'une bobine, un courant circule, générant un flux magnétique, une mesure du champ magnétique total traversant la bobine. Ce flux magnétique est similaire à celui d'un aimant permanent et persiste pendant une courte période, même après coupure de courant.

En d'autres termes, la bobine se magnétise temporairement, convertissant l'énergie électrique en énergie magnétique et la stockant en interne. La capacité d'une bobine à stocker cette énergie est appelée inductance et se mesure en henrys (H), souvent en millihenrys (mH) ou en microhenrys (µH).

• Pour le courant continu (DC) : Une fois le courant stabilisé, la bobine agit comme un simple fil avec une très faible résistance.

• Pour le courant alternatif (CA) : le courant en constante évolution provoque une expansion et une contraction continues du champ magnétique, induisant une tension qui s'oppose au changement de courant, ce que l'on appelle l'auto-inductance.

Cette opposition augmente avec la fréquence, ce qui signifie que les bobines bloquent les signaux alternatifs haute fréquence plus efficacement que les signaux continus ou basse fréquence. Cette propriété les rend idéales pour les filtres, la suppression du bruit et les circuits de régulation de puissance.

Types de bobines utilisées en électronique

Les bobines peuvent être classées selon leur construction et leur méthode d'intégration. Les trois principaux types sont :

1. Bobines enroulées

• Fabriqué en enroulant un fil de cuivre isolé autour d'un noyau de ferrite, d'une bobine en plastique ou d'un noyau d'air

• Courant dans les inducteurs de puissance, les transformateurs et les applications à haute inductance.

• Offre des performances élevées mais une taille plus grande.

2. Bobines laminées (imprimées ou en couches)

• Construit en empilant plusieurs couches de traces conductrices à motifs sur un PCB ou un substrat.

• Compact et adapté aux applications haute fréquence.

• Souvent utilisé dans les modules RF et les appareils miniaturisés.

3. Bobines à couche mince

• Fabriqué à l'aide de procédés avancés tels que la pulvérisation cathodique ou le dépôt en phase vapeur pour créer des motifs de bobines ultra-minces et précis.

• Extrêmement précis et stable, idéal pour les circuits intégrés haute densité et les dispositifs médicaux.

• Plus cher mais offre des performances supérieures dans des formats plus petits.

Rôle des circuits imprimés de bobine dans les appareils électroniques

PCB de bobine Les inductances ne sont pas de simples ajouts : ce sont des composants essentiels qui assurent le fonctionnement efficace et fiable de l'électronique moderne. Qu'elles soient intégrées directement à la carte ou utilisées comme inductances montées en surface, elles remplissent plusieurs fonctions clés :

• Stabiliser la tension dans les convertisseurs DC-DC et les alimentations.

• Filtrez les interférences électromagnétiques (EMI) et le bruit haute fréquence.

• Activer le transfert d'énergie sans fil (par exemple, dans les chargeurs Qi).

• Prise en charge de la communication RF (par exemple, antennes NFC, Bluetooth et RFID).

• Stocker et libérer de l'énergie lors de changements de charge rapides

Des smartphones et ordinateurs portables aux appareils IoT et aux systèmes automobiles, les circuits imprimés à bobine garantissent un fonctionnement de circuit stable, efficace et compact.

Bien que le nombre exact de composants varie, les inducteurs représentent généralement 5 à 15 % de tous les composants montés en surface sur un PCB typique, bien moins que les 30 à 40 % parfois revendiqués (qui incluent probablement les condensateurs).

Structure de la bobine et mécanisme de stockage d'énergie

Une bobine est constituée d'un fil conducteur enroulé en plusieurs spires, souvent autour d'un noyau magnétique (par exemple, en ferrite) pour améliorer l'inductance. Le matériau du noyau augmente la densité du flux magnétique, permettant ainsi de stocker davantage d'énergie dans un espace réduit.

Lorsque le courant circule :

• Un champ magnétique se crée autour de la bobine.

• L’énergie est stockée dans ce champ magnétique.

• Si le courant est interrompu, le champ qui s'effondre induit une tension qui tente de maintenir le flux de courant. C'est pourquoi les inducteurs peuvent provoquer des pics de tension dans les circuits de commutation.

La valeur de l'inductance dépend de :

• Nombre de tours

• Diamètre de la bobine

• Matériau de base

• Espacement entre les enroulements.

Cette capacité à résister aux changements soudains de courant rend les bobines indispensables dans les alimentations à découpage, les filtres et les circuits résonants.

Types courants d'inducteurs utilisés sur les circuits imprimés

1. Bobines spirales imprimées (sur PCB)

Il s'agit de bobines planes gravées directement sur le circuit imprimé à l'aide de pistes de cuivre. Elles sont couramment utilisées dans :

• Gravé directement sur le PCB à l'aide de traces de cuivre.

• Utilisé dans les antennes NFC, les récepteurs de charge sans fil et les filtres RF.

• Économique et entièrement intégrable mais avec une inductance plus faible.

2. Inducteurs à montage en surface (CMS)

Inductances préfabriquées montées sur circuit imprimé. Types :

• Inductances CMS bobinées : Haute inductance, utilisées dans les alimentations.

• Inductances céramiques multicouches : compactes, utilisées dans les circuits haute fréquence.

• Inductances à couche mince : Haute précision, utilisées dans les modules RF et de communication.

3. Transformateurs sur PCB

• Constitué de deux ou plusieurs bobines couplées ensemble.

• Utilisé pour la conversion de tension, l'isolation et le couplage de signaux.

• Courant dans les alimentations et les interfaces Ethernet.

Précautions lors du montage des bobines sur un circuit imprimé

Si la carte est pliée lors du soudage de la bobine sur la carte de circuit imprimé ou après le soudage, la bobine peut se fissurer.

Par conséquent, il est nécessaire de placer les bobines de manière à ce que la contrainte ne soit pas appliquée autant que possible en raison de la flexion de la carte de circuit imprimé.

Placer une bobine parallèlement à la direction de la contrainte, comme indiqué ci-dessus, entraînera une flexion directe. Par conséquent, placez la bobine perpendiculairement à la direction dans laquelle la contrainte agit.

Circuit imprimé de la victoire est une entreprise spécialisée dans les cartes de circuits imprimés à bobines, contactez-nous dès aujourd'hui pour obtenir un devis personnalisé pour les circuits imprimés à bobines aujourd'hui.

Conclusion

Les circuits imprimés à bobines sont bien plus que de simples composants passifs : ils sont au cœur des technologies modernes. De l'alimentation de votre smartphone aux paiements sans contact et à la recharge sans fil, les bobines intégrées sont au cœur de l'innovation.

Alors que les appareils électroniques continuent de rétrécir et d'exiger une efficacité accrue, les progrès dans les bobines intégrées, la technologie des couches minces et l'enroulement de circuits imprimés 3D sont à l'origine de la prochaine génération de circuits compacts et hautes performances.

Que vous conceviez un appareil portable, un capteur IoT ou un module d'alimentation, le choix de la bonne méthode d'intégration de bobine peut faire une différence significative en termes de performances, de taille et de coût.

Victory PCB est spécialisé dans la conception et la fabrication de circuits imprimés de bobines, notamment : bobines spirales planaires sur mesure, inductances intégrées, circuits imprimés de bobines haute fréquence et RF, et circuits de bobines flexibles et rigides-flexibles. Nous proposons des solutions complètes, de la conception à la production, garantissant une fiabilité et des performances élevées pour votre application. Contactez-nous par sales@victorypcb.com aujourd'hui pour obtenir un devis personnalisé gratuit pour votre projet de PCB de bobine.