ترانسفورماتور حک شده در یک مدار: مغناطیسی مسطح مسطح، سریع و قابل تکرار

آنچه هست، به زبان ساده

تصور کنید سیم پیچی از طناب را دور یک قرقره چوبی بپیچید. حالا تصور کنید که همان سیم پیچ را به صورت یک مارپیچ مسطح که روی یک ورق کاغذ چاپ شده است بکشید، سپس دو صفحه مغناطیسی تخت را در دو طرف کاغذ ببندید. این، در اصل، یک ترانسفورماتور مسطح است. یک ترانسفورماتور معمولی سیم مسی را دور یک ماسوره پلاستیکی می پیچد. یک ترانسفورماتور مسطح سیم‌پیچ‌های خود را به صورت ردپای مس مارپیچ در داخل یک برد مدار چاپی (PCB) "چاپ" می‌کند و یک هسته فریت با مشخصات پایین روی تخته می‌پیچد تا مسیر مغناطیسی را ببندد.

اصل و انواع

اصل کار بدون تغییر است - تغییر جریان اولیه یک شار مغناطیسی در هسته ایجاد می کند که ولتاژی را در هسته ثانویه ایجاد می کند - اما هندسه همه چیز را تغییر می دهد. از آنجایی که سیم‌پیچ‌ها با همان فرآیند فوتولیتوگرافی که برای هر PCB استفاده می‌شود، حک می‌شوند، هر واحد یکسان است، بدون تغییر سیم‌پیچ دستی. انباشته شدن لایه‌ها همچنین باعث می‌شود که در پیچ‌های اولیه و ثانویه به‌طور بی‌اهمیتی به هم بریزند ، که به شدت اندوکتانس نشتی را کاهش می‌دهد.

طبق گفته سازنده آلمانی مغناطیسی Neosid، ترانسفورماتورهای مسطح معمولاً اندوکتانس سرگردان (نشتی) 0.1٪ - 0.5٪، در مقابل 1٪ - 5٪ برای ترانسفورماتور زخمی، و پروفیلی که 30٪ تا 50٪ کمتر است را نشان می دهند. آنها از 50 کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز کار می کنند و تقریباً 1 وات تا 10 کیلو وات را پوشش می دهند، با ولتاژ عایق تا 4.5 کیلو ولت.

پارامترهای کلیدی که یک مهندس باید تنظیم کند

• شکل و جنس هسته - هسته های مسطح E، ER، RM یا ETD در فریت توان MnZn یا NiZn، انتخاب شده برای کاهش هسته کم در فرکانس سوئیچینگ (خانواده های مواد Ferroxcube، TDK، و Philips).
• تعداد لایه و وزن مس - چرخش بیشتر یا جریان بیشتر به معنای لایه های بیشتر یا مس ضخیم تر است. Ferroxcube می‌گوید سیم‌پیچ‌های مسی ضخیم 3 تا 16 اونس را می‌توان با پیش‌آب‌سازی چند لایه کرد. استفاده از پنجره مسطح کمتر از طرح زخم است (حدود 0.25-0.3) زیرا بستر FR-4 فضای پنجره را اشغال می کند.
• اندوکتانس نشتی - کنترل شده توسط interleaving. گروه Payton برای هسته های بدون شکاف زیر 0.2 درصد ذکر می کند.
• خزش و فاصله - ایزوله توسط PCB stack-up تعریف می شود و می تواند به چندین کیلو ولت برسد.

مثال کاربردی

در مبدل آجری 48 ولت مخابراتی یا مرکز داده، یک ترانسفورماتور مسطح روی برد اصلی با بقیه قطعات روی سطح قرار می گیرد. یک ماژول DC/DC مسطح معمولی 150 وات با راندمان حدود 94 درصد در چند صد کیلوهرتز کار می کند و کل مبدل مانند سایر اجزای SMT نصب شده است.

تصور غلط رایج و یک واقعیت جالب

تصور غلط: "Planar به طور خودکار کارآمدتر است." نه لزوما. هندسه مسطح در پروفیل، تکرارپذیری و اندوکتانس نشتی برنده است، اما فویل‌های مسی با فاصله نزدیک می‌توانند ظرفیت بین سیم‌پیچ بزرگ‌تری نسبت به ترانسفورماتور زخم ایجاد کنند و تلفات مس AC از اثرات پوست و مجاورت همچنان باید از طریق طراحی دقیق لایه مدیریت شود. کارایی یک نتیجه طراحی است، نه یک هدیه رایگان از شکل.

واقعیت جالب: از آنجایی که سیم‌پیچ توسط آثار هنری PCB تعریف می‌شود، «ترانسفورماتور» را می‌توان مستقیماً در لایه‌های داخلی برد مدار اصلی حک کرد و تنها یک هسته فریت را در بالا باقی گذاشت - اصلاً هیچ جزء جداگانه‌ای وجود ندارد.