Devre Kartına Kazınmış Transformatör: Düz, Hızlı ve Tekrarlanabilir Düzlemsel Manyetikler

Sade bir dille bu nedir?

Tahta bir makaranın etrafına bir ip bobini sardığınızı hayal edin. Şimdi aynı bobini bir kağıda basılmış düz bir spiral olarak çizdiğinizi ve ardından iki düz manyetik plakayı kağıdın her iki tarafına sıkıştırdığınızı hayal edin. Bu aslında düzlemsel bir transformatördür . Geleneksel bir transformatör bakır teli plastik bir bobinin etrafına sarar; düzlemsel bir transformatör, sargılarını bir baskılı devre kartının (PCB) içine spiral bakır izleri olarak "yazdırır" ve düşük profilli bir ferrit çekirdek, manyetik yolu kapatmak için kartın üzerine klipslenir.

Prensip ve türleri

Çalışma prensibi değişmedi - değişen bir birincil akım, çekirdekte, ikincilde bir voltajı indükleyen bir manyetik akı yaratır - ancak geometri her şeyi değiştirir. Sargılar, herhangi bir PCB için kullanılan aynı fotolitografik işlemle aşındırıldığından, her ünite, elle sarma varyasyonu olmaksızın aynıdır. Katmanların istiflenmesi aynı zamanda birincil ve ikincil dönüşlerin aralıklı olarak yerleştirilmesini oldukça kolaylaştırır, bu da sızıntı endüktansını keskin bir şekilde azaltır.

Alman manyetik üreticisi Neosid'e göre, düzlemsel transformatörler tipik olarak %0,1 ila %0,5 arasında kaçak (kaçak) endüktans gösterirken, sargılı transformatör için bu oran %1 ila %5 arasında ve %30 ila %50 daha düşük bir profil gösterir. 50 kHz'den 1 MHz'e kadar çalışırlar ve 4,5 kV'a kadar izolasyon gerilimleriyle yaklaşık 1 W ila 10 kW'ı kapsarlar.

Bir mühendisin ayarlaması gereken temel parametreler

• Çekirdek şekli ve malzemesi — Anahtarlama frekansında düşük çekirdek kaybı için seçilen MnZn veya NiZn güç ferritinden düz E, ER, RM veya ETD düzlemsel çekirdekler (Ferroxcube, TDK ve Philips malzeme aileleri).
• Katman sayısı ve bakır ağırlığı — daha fazla dönüş veya daha fazla akım, daha fazla katman veya daha kalın bakır anlamına gelir. Ferroxcube, 3-16 oz arası kalın bakır sargıların ön emprenye ile lamine edilebileceğini belirtiyor. Düzlemsel pencere kullanımı yara tasarımından daha düşüktür (yaklaşık 0,25-0,3) çünkü FR-4 substratı pencere alanını kaplar.
• Kaçak endüktans - serpiştirme ile kontrol edilir; Payton Group, boşluksuz çekirdekler için %0,2'nin altında bir oran belirtiyor.
• Sızıntı ve açıklık — izolasyon, PCB yığını tarafından tanımlanır ve birkaç kilovolta ulaşabilir.

Uygulama örneği

48 V'luk bir telekomünikasyon veya veri merkezi tuğla dönüştürücüsünde düzlemsel bir transformatör, yüzeye monte edilen diğer parçalarla birlikte ana kart üzerinde düz bir şekilde oturur. Tipik bir 150 W düzlemsel DC/DC modülü, birkaç yüz kilohertz'de yaklaşık %94 verimlilikle çalışır ve dönüştürücünün tamamı diğer herhangi bir SMT bileşeni gibi monte edilir.

Yaygın yanılgı ve eğlenceli bir gerçek

Yanlış kanı: "Düzlemsel otomatik olarak daha verimlidir." Mutlaka değil. Düz geometri profil, tekrarlanabilirlik ve sızıntı endüktansı açısından avantajlıdır, ancak geniş, yakın aralıklı bakır folyolar, sargılı bir transformatörden daha büyük sarımlar arası kapasitans üretebilir ve yüzey ve yakınlık etkilerinden kaynaklanan AC bakır kayıpları yine de dikkatli katman tasarımı yoluyla yönetilmelidir. Verimlilik bir tasarım sonucudur, şeklin bedava bir hediyesi değildir.

Eğlenceli gerçek: Sargı PCB resmiyle tanımlandığından, "transformatör" doğrudan ana devre kartının iç katmanlarına kazınabilir ve üstte yalnızca bir ferrit çekirdek kırpılmış halde kalır; hiçbir ayrı bileşen yoktur.