Metoda izrade planarnog transformatora na bazi višeslojne štampane ploče. Payton Planar Transformers and Chokes (2005)

U prethodnom članku razmatrane su prednosti korištenja planarnih transformatora u malim i mobilnim uređajima. Date su i karakteristike feritnih jezgara koje se koriste za projektovanje planarnih transformatora. Ova publikacija predlaže metodu za proračun planarnih transformatora za impulsne pretvarače naprijed i nazad.

Uvod

Planarni transformatori se mogu izraditi kao priključne komponente, kao jednoslojni PCB sklop ili kao mali višeslojni PCB, ili ugrađeni u višeslojnu PCB za napajanje.

Važne prednosti planarnih magnetnih komponenti su:

• vrlo male veličine;
• odlične temperaturne karakteristike;
• niska induktivnost curenja;
• odlična ponovljivost svojstava.

Mjerenja radnih parametara planarnih transformatora sa jezgrima i namotajima u obliku slova E napravljenih na bazi višeslojne štampane ploče pokazuju da je termička otpornost ovih uređaja značajno (do 50%) niža u odnosu na konvencionalne žičane transformatore sa isti efektivni volumen jezgra V e . To je zbog većeg omjera površine jezgra prema zapremini jezgra. Dakle, sa povećanim kapacitetom hlađenja, planarni transformatori su u stanju da podnesu veću gustinu propusne snage uz zadržavanje porasta temperature u prihvatljivim granicama.

Ova brošura opisuje brzu i laku metodu za projektovanje planarnih energetskih transformatora i daje primere uređaja dizajniranih korišćenjem ove metode.

Rezultati testa rada pokazuju da se izmjereni porast temperature dobro slaže sa izračunatim podacima.

Rice. 1. Planarni transformator rastavljen

Rice. 2. Opcije dizajna za planarne transformatore

Procedura izračunavanja

Određivanje maksimalne magnetske indukcije

Gubici u jezgri i bakrenom provodniku tokom rada transformatora dovode do povećanja temperature. Veličina ovog povećanja ne smije prelaziti dozvoljenu granicu kako bi se izbjeglo oštećenje transformatora ili ostatka kola. U toplotnoj ravnoteži, vrijednost ukupnih gubitaka u transformatoru Ptrafo povezana je s povećanjem temperature transformatora D T relacijom sličnom Ohmovom zakonu:

gdje je R T temperaturni otpor transformatora. U stvari, P trafo se može smatrati kapacitetom hlađenja transformatora.

Može se uspostaviti empirijska formula koja direktno povezuje vrijednost toplotnog otpora transformatora sa efektivnom magnetnom zapreminom V e korišćenog feritnog jezgra. Ova empirijska formula vrijedi za žičane transformatore sa RM i ETD jezgrima. Sličan odnos je sada pronađen za planarne transformatore sa jezgrima u obliku slova W.

Koristeći ovu relaciju, može se procijeniti porast temperature transformatora u funkciji magnetske indukcije u jezgru. Zbog ograničenog dostupnog prostora namotaja za planarne magnetne komponente, preporučuje se korištenje najvećih mogućih vrijednosti magnetne indukcije.

Uz pretpostavku da su polovina ukupnih gubitaka transformatora gubici u jezgri, maksimalna gustoća gubitka jezgre P jezgra može se izraziti kao funkcija dozvoljenog porasta temperature transformatora na sljedeći način:

Gubitak snage u našim feritima mjeren je kao funkcija frekvencije (f, Hz), vršne magnetne indukcije (B, T) i temperature (T, °C). Gustina gubitka jezgre može se približno izračunati korištenjem sljedeće formule:

Ovdje su C m , x, y, c t0 , ct 1 i ct 2 parametri pronađeni uklapanjem empirijske krivulje gubitaka. Ovi parametri su specifični za određeni materijal. Njihove dimenzije su odabrane tako da na temperaturi od 100 °C vrijednost CT bude jednaka 1.

Tabela 1 prikazuje vrijednosti gore navedenih parametara za nekoliko razreda Ferroxcube ferita velike snage.

Tabela 1. Parametri aproksimacije za izračunavanje gustine gubitka jezgre

Kvalitet ferita	f, kHz	cm	x	y	ct2	ct 1	ct0
3C30	20–100	7,13x10 -3	1,42	3,02	3,65x10 -4	6,65x10 -2	4
	100–200	7,13x10 -3	1,42	3,02	4x10 -4	6,8x10 -2	3,8
3C90	20–200	3.2x10 -3	1,46	2,75	1,65x10 -4	3.1x10 -2	2,45
3C94	20–200	2,37x10 -3	1,46	2,75	1,65x10 -4	3.1x10 -2	2,45
	200–400	2x10 -9	2,6	2,75	1,65x10 -4	3.1x10 -2	2,45
3F3	100-300	0,25x10 -3	1,63	2,45	0,79x10 -4	1,05x10 -2	1,26
	300-500	2x10 -5	1,8	2,5	0,77x10 -4	1,05x10 -2	1,28
	500-1000	3,6x10 -9	2,4	2,25	0,67x10 -4	0,81x10 -2	1,14
3F4	500-1000	12x10 -4	1,75	2,9	0,95x10 -4	1.1x10 -2	1,15
	1000-3000	1.1x10 -11	2,8	2,4	0,34x10 -4	0,01x10 -2	0,67

Maksimalna dozvoljena vrijednost Pcore se izračunava po formuli (2). Ova vrijednost se zatim zamjenjuje u jednačinu (3). Sada možete izračunati maksimalnu dozvoljenu Bpeak magnetne indukcije prepisivanjem jednačine (3) na sljedeći način:

Napomena: maksimalna dozvoljena vrijednost B može se pronaći na drugi način - pisanjem kompjuterskog programa koji izračunava gubitak snage za proizvoljni valni oblik koristeći formulu (3) za date vrijednosti parametara aproksimacije. Prednost ovog pristupa je što vam omogućava da izračunate gubitke uzimajući u obzir stvarni način vibracija B, kao i da odaberete optimalni razred ferita za određeni slučaj.

Odredivši maksimalnu dopuštenu vršnu magnetnu indukciju, moguće je izračunati broj zavoja primarnog i sekundarnog namota pomoću poznatih formula, uključujući topologiju pretvarača i vrstu transformatora (na primjer, obrnuto i naprijed).

Potrebno je donijeti odluku o tome kako će se namotaji rasporediti između postojećih slojeva. Struje koje teku u stazama uzrokovat će porast temperature PCB-a. Zbog odvođenja topline, preporučuje se raspoređivanje namotaja u vanjskim slojevima simetrično u odnosu na namote u unutrašnjim slojevima.

Rice. 3. B vrh u formulama jednak je polovini amplitude indukcijskih fluktuacija u jezgri

Sa stanovišta magnetizma, najbolja opcija bi bila da se ukrštaju primarni i sekundarni slojevi. Ovo će smanjiti takozvani efekat blizine (vidi stranicu 4). Međutim, niska visina namotaja u planarnom dizajnu i broj okreta potrebnih za određenu primjenu ne dopuštaju uvijek odabir optimalnog dizajna.

Sa stajališta troškova, preporučuje se odabir štampanih ploča sa standardnom debljinom sloja bakra. Uobičajene debljine koje koriste proizvođači PCB-a su 35 i 70 mikrona. Povećanje temperature namotaja, izazvano strujama koje teče, u suštini zavisi od debljine slojeva bakra.

Sigurnosni standardi kao što je IEC 950 zahtijevaju razmak od 400 µm u PCB materijalu (FR2 ili FR4) kako bi se osiguralo sekundarno odvajanje od mreže. Ako nije potrebno odvajanje od mreže, dovoljno je razmak od 200 µm između slojeva namotaja. Osim toga, potrebno je uzeti u obzir i sloj za šablonu - 50 mikrona sa obje strane ploče.

Širina staza koje formiraju namotaje određuje se na osnovu veličine struje i najveće dozvoljene gustine struje. Udaljenost između zavoja ovisi o mogućnostima i proračunu proizvodnje. Postoji pravilo: za staze debljine 35 µm, širina staza i rastojanje između njih treba da bude više od 150 µm, a za tragove debljine 70 µm više od 200 µm.

U zavisnosti od proizvodnih mogućnosti proizvođača PCB-a, dimenzije mogu biti manje, ali će to najvjerovatnije rezultirati značajnim povećanjem cijene PCB-a. Broj zavoja u jednom sloju i razmak između zavoja su označeni sa Nl i s, respektivno. Zatim, sa dostupnom širinom namota bw, širina kolosijeka wt se može izračunati pomoću sljedeće formule (vidi sliku 4):

Rice. 4. Širina kolosijeka wt, udaljenost kolosijeka s i širina namotaja b w

Ako je potrebno odvajanje od mreže, situacija se donekle mijenja. Jezgro se smatra dijelom primarnog kola namotaja i mora biti odvojeno za 400 µm od sekundarnog kola. Stoga, puzna staza između sekundarnih namotaja blizu lijeve i desne strane jezgre i samog jezgra mora biti 400 µm. U ovom slučaju, širinu kolosijeka treba izračunati pomoću formule (6), budući da se 800 µm mora oduzeti od dostupne širine namota:

U formulama (5) i (6) sve dimenzije su date u mm.

Određivanje porasta temperature PCB-a uzrokovanog strujama koje teče

Posljednji korak koji treba poduzeti je odrediti porast temperature u tragovima bakra uzrokovan strujama koje teku. Da biste to učinili, potrebno je izračunati efektivne (rms) vrijednosti struja, na osnovu ulaznih podataka i željenih izlaznih parametara. Metoda proračuna ovisi o korištenoj topologiji.

Odjeljak primjera prikazuje proračune za standardnu ​​tehnologiju pretvarača naprijed i nazad. Na sl. 5. U slučajevima kada postoji jedan provodnik, ili kada induktivnosti nisu previše raspoređene, širina, debljina i površina poprečnog presjeka vodiča mogu se direktno odrediti iz ovog dijagrama, kao i maksimalno dozvoljeni struje za različite date poraste temperature.

Rice. 5. Odnos između struje, veličina tragova PCB-a i porasta temperature

Nedostatak ove metode projektovanja je pretpostavka da je toplina koja se stvara u namotaju uzrokovana DC strujom, dok u stvarnosti postoji izmjenična struja koja uzrokuje efekte kože i blizine.

Skin efekat nastaje zbog prisustva u vodiču magnetnog polja stvorenog strujom koja teče u samom provodniku. Brza promjena struje (na visokoj frekvenciji) inducira promjenjivu indukciju koja inducira vrtložne struje. Ove vrtložne struje, koje doprinose glavnoj struji, su u suprotnom smjeru od nje. Struja nestaje u središtu provodnika i kreće se prema površini. Gustoća struje opada eksponencijalno od površine prema centru.

Dubina površinskog sloja d je udaljenost od površine vodiča u smjeru njegovog centra, na kojoj se gustoća struje smanjuje za faktor e. Dubina sloja kože ovisi o svojstvima materijala kao što su električna provodljivost i magnetska permeabilnost, i obrnuto je proporcionalna kvadratnom korijenu frekvencije. Za bakar na 60 °C, dubina kože može se aproksimirati sljedećom formulom:

Ako se uzme provodnik debljine wt manje od 2d, doprinos ovog efekta će biti ograničen. Ovo daje širinu staze manju od 200 µm za frekvenciju od 500 kHz. Ako je dostupna velika širina namota za potreban broj zavoja, najbolje magnetsko rješenje je podijeliti ih na paralelne staze.

U stvarnim situacijama, vrtložne struje će biti prisutne u provodnicima, uzrokovane ne samo promjenjivim magnetskim poljem njihove vlastite struje (skin efekat), već i poljima drugih vodiča koji se nalaze u blizini. Ovaj efekat se naziva efekat blizine. Ako se primarni i sekundarni sloj izmjenjuju, utjecaj ovog efekta je mnogo manji. Činjenica je da struje u primarnom i sekundarnom namotu teku u suprotnim smjerovima, tako da se njihova magnetna polja međusobno poništavaju. Međutim, susjedni provodnici istog sloja će i dalje doprinijeti efektu blizine.

Empirijski rezultati

Merenja temperature u nekoliko tipova dizajna štampanih ploča sa naizmeničnim strujama koje teku u namotima pokazuju sa prihvatljivom tačnošću da, na frekvencijama do 1 MHz, svako povećanje frekvencije za 100 kHz daje povećanje temperature štampane ploče za 2 °C više od vrijednosti utvrđenih za jednosmjerne struje slučaja.

Cilj je projektovati horizontalni transformator sa parametrima navedenim u tabeli.

Kao prvi korak, pretpostavka je da se na datoj frekvenciji može uzeti velika vrijednost vršne magnetne indukcije - 160 mT. Kasnije ćemo provjeriti da li je to moguće za date vrijednosti gubitka jezgre i porasta temperature.

Primjer 1 Flyback transformator

Tabela 2 prikazuje izračunati broj zavoja za šest najmanjih standardnih kombinacija Ferroxcube planarnih E-jezgri i umetaka. Osim toga, date su vrijednosti samoinduktivnosti primarnog namota, širina zračnog raspora i struje izračunate prema formulama iz uloška 1.

Tabela 2. Proračun projektnih parametara više linijskih transformatora

Core	Ae, mm 2	Ve, mm 3	N1	N2	NIC	G, µm	Ostali izračunati parametri
E-PLT14	14,5	240	63	7,4	7,2	113	L prim = 638 uH
E-E14	14,3	300	63	7,4	7,2	113	I p (rms) = 186 mA
E-PLT18	39,5	800	23	2,7	2,6	41	I o (rms) = 1593 mA
E-E18	39,5	960	23	2,7	2,6	41
E-PLT22	78,5	2040	12	1,4	1,4	22
E-E22	78,5	2550	12	1,4	1,4	22

Iz tabele 2 se vidi da je potreban broj primarnih namotaja za komplete jezgara E-E14 i E-PLT14 prevelik da bi se namotaj mogao izraditi na bazi višeslojne štampane ploče. Stoga, kombinacije jezgri E-E18 i E-PLT18 izgledaju kao najbolja opcija. Zaokruživanje rezultata proračuna N1, N2 i NIC daje brojeve 24, 3 i 3.

Za određivanje gubitaka u slučaju unipolarnog trokutastog indukcijskog vala frekvencije 120 kHz, vršne indukcije od 160 mT i radne temperature od 95 °C, korišten je program baziran na izrazu (3). Za ferite velike snage 3C30 i 3C90, očekivani gubici u jezgru su 385 mW/cm3 i 430 mW/cm3, respektivno.

Dozvoljena gustina gubitka pri D T=35°C je 470 mW/cm3 za E-PLT18 i 429 mW/cm3 za E-E18 (iz izraza (1)).

Zaključak je da se 3C30 i 3C30 ferit mogu koristiti u obje kombinacije jezgra. Feriti nižeg kvaliteta s velikim gubicima snage dovest će do prevelikog porasta temperature.

24 zavoja primarne mogu biti raspoređena simetrično na 2 ili 4 sloja. Dostupna širina namotaja za jezgre E-18 je 4,6 mm. Ovo pokazuje da će opcija sa dva sloja od po 12 okretaja biti teška za implementaciju, a samim tim i skupa. To će zahtijevati korištenje vrlo uskih staza s vrlo malim korakom. Stoga se odabire varijanta sa četiri sloja, po 6 okretaja u svakom. Manje slojeva u višeslojnoj PCB će rezultirati nižim troškovima. Stoga ćemo obezbijediti još 3 zavoja primarnog namota (za IC napon) i 3 zavoja sekundarnog namotaja, i po jedan sloj za svaki od njih. Dakle, moguće je konstruisati strukturu sa šest slojeva, kao što je prikazano u tabeli 3.

Tabela 3. Primjer dizajna transformatora sa šest slojeva

Layer	Broj okreta	35 µm	70 µm
šablona		50 µm	50 µm
primarni	6	35 µm	70 µm
izolacija		200 µm	200 µm
primarni	6	35 µm	70 µm
izolacija		200 µm	200 µm
primarni IC	3	35 µm	70 µm
izolacija		400 µm	400 µm
sekundarno	3	35 µm	70 µm
izolacija		400 µm	400 µm
primarni	6	35 µm	70 µm
izolacija		200 µm	200 µm
primarni	6	35 µm	70 µm
šablona		50 µm	50 µm
TOTAL		1710 µm	1920 µm

Ovisno o količini topline koju stvaraju struje koje teku, možete birati između 35 µm ili 70 µm debljine bakrenih staza. Potrebno je razmak od 400 µm između slojeva primarnog i sekundarnog namotaja kako bi se osiguralo odvajanje od mreže. Kombinacija E-PLT18 ima minimalni prozor namotaja od 1,8 mm. Ovo je dovoljno za debljinu staze od 35 µm, što daje ukupnu debljinu PCB-a od oko 1710 µm.

Da bismo smanjili troškove izgradnje, odabrali smo razmak između staza jednak 300 μm. Izračunavanje širine staze sekundarnog namotaja pomoću formule (5) daje rezultat od 1,06 mm, uključujući odvajanje od mreže.

Koristeći dijagram na sl. 5 i izračunate (vidi tabelu 2) efektivne vrijednosti struje u sekundarnom namotu, jednaku 1,6 A, dobijamo porast temperature od 25 °C za kolosijeke debljine 35 mikrona i oko 7 °C za kolosijeke sa debljine 70 mikrona.

Pretpostavili smo da je porast temperature zbog gubitaka na namotaju oko polovine ukupnog porasta temperature, u ovom slučaju 17,5 °C. Očigledno, sa debljinom staze od 35 µm, porast temperature uzrokovan efektivnom strujom od 1,6 A bit će prevelik, pa će se morati koristiti staze debljine 70 µm.

Širina staza zavoja primarnog namotaja može se izračunati po formuli (5). To će biti približno 416 mikrona. Sa ovom širinom kolosijeka, nije vjerovatno da će efektivna primarna struja od 0,24 A uzrokovati bilo kakvo povećanje temperature.

S obzirom da je frekvencija 120 kHz, očekuje se dodatno povećanje temperature PCB-a za oko 2 °C u odnosu na situaciju kada teku samo jednosmjerne struje. Ukupni porast temperature PCB-a uzrokovan samim protokom struje ostat će ispod 10°C.

Šestoslojna štampana ploča sa stazama od 70 µm treba da funkcioniše u skladu sa izračunatim parametrima. Nominalna debljina PCB-a će biti oko 1920 µm, što znači da standardna E-PLT18 kombinacija E-core i ploče neće raditi u ovom slučaju. Može se koristiti standardna E-E18 kombinacija dva jezgra u obliku slova E sa prozorom namotaja od 3,6 mm. Međutim, ovako veliki prozor za namotavanje ovdje se čini suvišnim, pa bi nestandardna jezgra s prozorom od oko 2 mm bila elegantnije rješenje.

Mjerenja na uporedivom dizajnu s dvije feritne polovice 3C90 E-oblika pokazala su ukupan porast temperature od 28°C. Ovo je u skladu s našim proračunima, koji su dali porast temperature od 17,5°C zbog gubitaka jezgre i 10°C zbog gubitaka u namotaju.

Spoj između primarnog i sekundarnog namotaja je dobar jer je induktivnost curenja samo 0,6% induktivnosti primarnog namotaja.

Primjer 2: Transformator koji radi naprijed

Ovdje je cilj dizajnirati direktni transformator sa izborom jednog od četiri omjera transformacije koji se često koriste u DC/DC pretvaračima male snage. Željene karakteristike su prikazane u gornjoj tabeli.

Prvo morate provjeriti da li su kombinacije najmanjih jezgara iz standardne nomenklature, E-PLT14 i E-E14, prikladne za ovaj slučaj. Izračunavajući maksimalnu dozvoljenu gustinu gubitka jezgre pri porastu temperature od 50 °C, dobijamo 1095 mW/cm3 za E-E14 kombinaciju dva E-jezgra i 1225 mW/cm3 za E-PLT14 kombinaciju E-jezgra i ploče. Zatim izračunavamo gustoću gubitaka u jezgri koristeći formulu (3) u slučaju unipolarnog trokutastog indukcijskog vala frekvencije 500 kHz za nekoliko vrijednosti vršne indukcije.

Dobijeni rezultati pokazuju da su pri vršnoj magnetnoj indukciji od oko 100 mT gubici manji od maksimalno dozvoljenih gubitaka izračunatih po formuli (2). Broj zavoja i efektivne struje se izračunavaju pomoću formula datih u polju 1. Sa vršnom magnetnom indukcijom od 100 mT i gore navedenim parametrima, ispada da su na 530 kHz kombinacije E-E14 i E-PLT14 prikladne za upotrebu, a broj okreta je prihvatljiv. Rezultati proračuna su prikazani u tabeli 4.

Tabela 4. Proračun projektnih parametara nekoliko direktnih transformatora

Core	V in , V	V out , V	N1	N2	L prim , μH	I o (eff.) , mA	I mag , mA	I p(eff.), mA
E-PLT14	48	5	14	3,2	690	2441	60	543
	48	3,3	14	2,1	690	3699	60	548
	24	5	7	3,2	172	2441	121	1087
	24	3,3	7	2,1	172	3669	212	1097
E-E14	48	5	14	3,2	855	2441	48	539
	48	3,3	14	2,1	855	3669	48	544
	24	5	7	3,2	172	2441	97	1079
	24	3,3	7	2,1	172	3669	97	1080

Konačno određivanje gustine gubitka jezgre na radnoj temperaturi od 100 °C za specificirani indukcijski talas na 530 kHz daje rezultate od 1030 mW/cm3 za ferit 3F3 i 1580 mW/cm3 za ferit 3F4. Očigledno najbolja opcija je 3F3. Porast temperature u jezgri E-PLT14 je:

(izračunata gustina gubitka u 3F3/dozvoljena gustina gubitka) X 1/2DT = (1030/1225) X 25°C = 21°C.

Za kombinaciju E-E14, porast temperature je 23,5 °C. Za primarni namot, ovisno o ulaznom naponu, potrebno je 7 ili 14 zavoja. U slučaju konvencionalnog direktnog transformatora, potreban je isti broj zavoja za demagnetizirajući (obnavljajući) namotaj. Kako bi se moglo koristiti 7 ili 14 zavoja i isti broj zavoja za demagnetiziranje namotaja, odabran je dizajn sa 4 sloja od po 7 zavoja. Kada je potrebno 7 zavoja primarnog i demagnetizirajućeg namotaja, zavoji dva sloja se povezuju paralelno. To će dati dodatni efekat - prepoloviti gustinu struje u vijugavim stazama.

Kada je potrebno 14 zavoja primarnog i demagnetizirajućeg namotaja, zavoji dva sloja se spajaju u seriju, tako da efektivni broj zavoja postaje 14.

Dostupna širina namotaja za jezgro E-14 je 3,65 mm. Za ekonomičan dizajn sa razmakom staza od 300 µm, širina staze pri 7 okretaja po sloju je 178 µm.

Debljina staza treba da bude 70 µm, pošto će pri ulaznom naponu od 24 V efektivna struja u primarnom namotu biti oko 1,09 A. Ovo daje (vidi tabelu 2) efektivnu širinu staze od 356 µm ( širina se udvostručuje kao rezultat paralelnog povezivanja dijelova namotaja kada se koristi 7 zavoja) porast temperature 15 °C. Ulazni napon od 48 V će proizvesti efektivnu struju od približno 0,54 A.

U ovom slučaju, doprinos gubitaka u namotaju ukupnom porastu temperature će biti oko 14 °C za širinu staze od 178 µm (14 zavoja povezanih u seriju).

Širina staze od 178 µm sa razmakom tragova od 300 µm i debljinom staze od 70 µm donekle odstupa od našeg pravila (razmak između staza i širina staza > 200 µm). To može dovesti do nešto viših troškova proizvodnje za višeslojne štampane ploče. Sekundarni namotaj zahtijeva 3 ili 2 zavoja. Kada se za svaki zavoj dodijeli jedan sloj, širina staze je 810 odnosno 1370 µm. Efektivne struje u sekundarnim namotajima od 2,44 i 3,70 A uzrokuju porast temperature u namotajima od približno 25 °C, što se, uzimajući u obzir povećanje temperature u primarnim namotajima, ispostavlja previše. U ovom slučaju, najbolje rješenje je korištenje 2 sloja za oba namotaja. Kada se ovi slojevi, svaki sa po 3 zavoja, spoje paralelno, gustina struje se prepolovi. Od sl. 5, može se utvrditi da će doprinos gubitaka namotaja ukupnom porastu temperature u ovoj situaciji biti oko 6 °C. Ukupni porast temperature u PCB-u će biti približno 21°C plus dodatni porast zbog gubitaka naizmjenične struje. S obzirom da je frekvencija 500 kHz, potrebno je dodati još oko 10 °C, što znači da će temperatura PCB-a porasti za 31 °C.

Broj zavoja i širina za svaki sloj ovog dizajna prikazani su u Tabeli 5. Najmanje jedan sloj, naznačen u tabeli kao opcioni, potreban je za povezivanje. Međutim, ovo će nam dati ukupno 9 slojeva, što je u smislu proizvodnje ekvivalentno 10 slojeva (sljedeći paran broj). Iz tog razloga, gornji i donji sloj PCB-a se koriste kao dodatni slojevi - također zato što ima dodatnu prednost prepolovljenja gustoće struje u stazama. Tragovi na ovim slojevima su povezani sa tragovima u unutrašnjem sloju kroz bakrene rupe i "dovode" ulaze i izlaze primarnog i sekundarnog namotaja na dve strane štampane ploče. Ovisno o tome kako su ulazi i izlazi povezani na primarnoj i sekundarnoj strani, mogu se dobiti 4 različita omjera transformacije.

Tabela 5. Primjer 10-slojnog dizajna

Layer	Broj okreta	70 µm
šablona		50 µm
dodatni sloj		70 µm
izolacija		200 µm
primarno demagnetiziranje	7	70 µm
izolacija		200 µm
primarni	7	70 µm
izolacija		200 µm
sekundarno	3	70 µm
izolacija		200 µm
sekundarno	2	70 µm
izolacija		200 µm
sekundarno	2	70 µm
izolacija		200 µm
sekundarno	3	70 µm
izolacija		200 µm
primarni	7	70 µm
izolacija		200 µm
primarno demagnetiziranje	7	70 µm
izolacija		200 µm
dodatni sloj		70 µm
šablona		50 µm
UKUPNO:		2600 µm

Ukupna nominalna debljina PCB-a će biti oko 2,6 mm, što premašuje raspoloživi prozor namotaja kombinacije jezgra E-PLT14 od 1,8 mm. Može se koristiti kombinacija E-E14, ali ima minimalni prozor namotaja od 3,6 mm - mnogo veći nego što je stvarno potrebno. Bolje rješenje bi bila nestandardna jezgra sa smanjenom veličinom prozora.

Merenja temperature ove štampane ploče vršena su termoparovima u različitim uslovima. Za testiranje je korišćena opcija konverzije 24/5 V koja daje najveće gustine struje. Prvo, jednosmjerne struje jednake izračunatim odvojeno su primijenjene na primarni i sekundarni namotaj. Direktna primarna struja od 1079 mA rezultirala je porastom temperature od 12,5°C, a sekundarna struja od 2441 mA je dala porast temperature za 7,5°C. Kao što možete očekivati, kada su obje struje bile primijenjene na PCB u isto vrijeme, porast temperature bio je 20°C.

Gore opisani postupak je ponovljen za naizmjenične struje nekoliko frekvencija sa efektivnim vrijednostima jednakim izračunatim. Na frekvenciji od 500 kHz, ukupni porast temperature u štampanoj ploči bio je 32 °C. Najveći dodatni porast temperature (7 °C) uzrokovan gubicima izmjenične struje uočen je u sekundarnim namotajima. Ovo je logično, jer je efekat skin efekta izraženiji u širokim stazama sekundarnih namotaja nego u uskim stazama primarnih namotaja.

Konačno, mjerenja temperature vršena su standardnim jezgrima (kombinacija E-E14) ugrađenim na štampanu ploču, pod uslovima koji odgovaraju uslovima rada direktnog transformatora. Porast temperature PCB-a bio je 49°C; tačka maksimalnog zagrevanja jezgra bila je na njegovoj gornjoj strani i temperatura u njemu iznosila je 53 °C. U središnjem dijelu jezgre i njegovom vanjskom dijelu uočeno je povećanje temperature od 49 °C odnosno 51 °C.

Kako je predviđeno proračunima, ovaj dizajn je donekle kritičan za set od dva jezgra u obliku slova E, jer je u tački maksimalnog zagrijavanja zabilježena temperatura od 53 °C, što je iznad 50 °C. Međutim, kada se koriste ravnija (nestandardna) jezgra u obliku slova E, temperatura je u prihvatljivim granicama.

U sljedećem članku razmotrit ćemo primjer izračunavanja 25-vatnog DC / DC pretvarača na bazi planarnog transformatora.

Književnost

1. Mulder S. A. Napomena o primjeni na dizajn niskoprofilnih visokofrekventnih transformatora. Ferroxcube Components. 1990.
2. Mulder S. A. Formule gubitaka za energetske ferite i njihova upotreba u dizajnu transformatora. Philips komponente. 1994.
3. Durbaum Th., Albach M. Gubici jezgre u transformatorima sa proizvoljnim oblikom struje magnetiziranja. EPE Sevilla. 1995.
4. Brockmeyer A. Eksperimentalna procjena utjecaja jednosmjerne premagnetizacije na svojstva ferita energetske elektronike. Tehnološki univerzitet u Aachenu. 1995.
5. Tehnička napomena za Ferroxcube Components. 25 W DC/DC pretvarač koji koristi integrirani planarni magnet. 9398 236 26011. 1996.

Planarni transformatori su odlična alternativa standardnim transformatorima i žičanim prigušnicama. Planarni transformatori su bazirani na višeslojnim štampanim pločama.

Danas razvoj planarnih transformatora zahtijeva korištenje komponenti minimalnih dimenzija, jer se dimenzije elektronike konstantno smanjuju.

Planarni energetski transformatori

Dizajn planarnih energetskih transformatora može se izvesti ili sa komponentama u šupama, na primjer u jednoslojnoj ili maloj višeslojnoj ploči, ili kao višeslojna štampana ploča.

Prednosti planarnih transformatora:

• male su veličine;
• imaju odlične temperaturne karakteristike;
• imaju nisku induktivnost curenja;
• imaju odlična svojstva ponovljivosti.

Zbog većeg omjera površine jezgre prema njegovom volumenu, toplinski otpor takvih uređaja može biti 2 puta manji nego kod konvencionalnih transformatora namotanih žicom.

Slika 1. Dizajn planarnih transformatora

Zbog toga, zbog svog povećanog kapaciteta hlađenja, planarni transformatori mogu podnijeti veću gustinu protoka snage uz zadržavanje porasta temperature u prihvatljivim granicama.

Planarni transformatori na bazi višeslojnih štampanih ploča

Kada su u pitanju poluvodičke komponente, uključujući one pasivne kao što su kondenzatori i otpornici, ima dosta toga za izabrati.

Međutim, danas ćemo govoriti o planarnim transformatorima.

U pravilu, u mnogim slučajevima programeri koriste standardne transformatore i prigušnice koje su namotane žice. Ali mi ćemo opisati planarne transformatore (PT) zasnovane na višeslojnim pločama.

Budući da cijena višeslojnih ploča ima tendenciju smanjenja, ravni transformatori postupno zamjenjuju konvencionalne. Posebno u slučajevima kada je potrebna magnetna komponenta male veličine.

U tehnologiji proizvodnje ravnih transformatora, namotaji su staze na štampanoj ploči ili bakreni delovi, koji su štampani i odvojeni različitim slojevima izolacionog materijala.

Također, namotaji se mogu napraviti od višeslojnih ploča. Postavljaju se između malih feritnih jezgara.

Što se tiče dizajna planarnih transformatora, oni se mogu podijeliti u nekoliko tipova.

• Montirane planarne komponente – najbliže su konvencionalnim induktivnim komponentama. Mogu zamijeniti konvencionalne dijelove na jednoslojnim ili višeslojnim štampanim pločama. Visina zglobne planarne komponente može se smanjiti uranjanjem jezgra u izrez PCB-a. U tom slučaju, namotaj treba ležati na površini ploče.
• Hibridni tip planarnih transformatora. Ovaj tip uključuje ugradnju dijela namotaja u matičnu ploču. Istovremeno, drugi dio namotaja nalazi se na višeslojnoj štampanoj ploči, koja je spojena na matičnu ploču. Ali u ovom slučaju, matična ploča mora imati rupe za feritno jezgro.
• Namotaj je u potpunosti integrisan u višeslojnu štampanu ploču. Polovine jezgara su povezane lijepljenjem ili stezanjem. Sve ovisi o preferencijama kupca i proizvođača.

Prednosti planarne tehnologije

U poređenju sa konvencionalnim namotavanjem žice, planarna tehnologija za proizvodnju magnetnih komponenti ima niz prednosti.

Planarni transformatori našli su svoju prvu primjenu u pretvaranju energije. U tu svrhu u planarnim transformatorima korišteni su srednje i visokofrekventni feriti. Od proizvođača je bilo moguće kupiti planarni transformator.

Ako ste zainteresirani za razvoj planarnih transformatora po narudžbi, tada možete povećati induktivnost prigušnice mrežnog filtera ako zamijenite moćne feritne materijale s visokom magnetskom propusnošću.

U impulsnoj signalizaciji, širokopojasni transformator između IC impulsnog generatora i kabla omogućava razdvajanje i usklađivanje impedanse. U slučaju S- ili T-sučelja, ovo također mora biti ferit visoke permeabilnosti.

Ne tako davno, obratila mi se kompanija koja je trebala razviti liniju LED drajvera. Neću imenovati ime kompanije i performanse vozača, nisam potpisao NDA, ali etika je etika. Čini se da je to obična narudžba za vozača, kojih se godišnje regrutuju desetine, ali su postojala dva međusobno isključiva zahtjeva: Cijena i dimenzije.

Zadatak sa stajališta strujnih kola je jednostavan, ali s gledišta proizvodnje i dizajna pokazao se vrlo zanimljivim. I tako - bilo je potrebno napraviti mrežni drajver za LED sa korektorom faktora snage (snage oko 100 W), koji cijena je bila oko 3$ na seriji i imao dimenzije po visini ne više od 11 mm! Mnogi će reći: "U čemu je problem napraviti Deshman vozač?" još jedan uslov - moguće je dati bez straha 5 godina garancije. I tu počinje ono najzanimljivije.

Napravljen je izbor topologije, sklopa, sve se uklapalo u dimenzije i cijenu, ali tako divnu sliku pokvario je "klasični" transformator. Ogroman je, skup je, tehnološki ga je teško proizvesti. Ostalo je da se reši poslednji problem, i nakon dva dana razmišljanja i proračuna, ustanovljeno je - planarni transformator.

Ako se pitate između čega i čega je napravljen izbor, na kojim argumentima se zasnivao i kako je bilo moguće dobiti trošak transformatora manji od 0,5 dolara, onda vas pozivam na borbu. Pa, za poboljšanje "apetita" prilažem vam fotografiju gotovog transformatora:

Glavni nedostaci "klasičnih" transformatora

Mislim da nikome nije tajna kako izgleda običan transformator, ali odjednom je neko propustio zadnjih 150 godina industrijske revolucije, pa da vas podsjetim:

Izgleda kao konvencionalni transformator namotan na okvir od RM12 jezgre. Zašto je tako loš? Postoji više razloga za to, naravno, neki od njih gube na značaju u određenim zadacima, ali će se priča voditi u kontekstu zadatka koji je pred mnom bio. A evo i glavnih:

• Visina.Čak i osoba sa slabim okom može grubo procijeniti veličinu transformatora sa fotografije i sa sigurnošću reći: "Definitivno je više od 11 mm." Zaista, visina transformatora na RM12 je oko 24 mm, što je više od 2 puta veće od potrebne vrijednosti.
• Proizvodnost. Kada treba da namotate 1-2 transformatora, onda uzmete okvir, žicu i namotate ga. Kada trebate namotati 100-200 komada, možete naručiti namotavanje u svojoj zemlji, cijena još ne grije. Kada trebate namotati 10.000 komada, a zatim još 50.000, onda postoji puno nijansi: cijena, kvaliteta, odabir drugog izvođača u Aziji. Sve to povećava konačnu cijenu proizvoda, kada mi samo treba super jeftino i vrlo kvalitetno.
• Ponovljivost. Jako je teško namotati i sastaviti dva identična transformatora, nemoguće je napraviti 10.000 identičnih transformatora. To sam iskusio na svojoj koži više puta, posebno kada je u pitanju proizvodnja u SA. Sad zamisli
  da ćete morati "završiti sa turpijom" ovih 10.000 transformatora na završnoj montaži. Zastupljen? Da li ste bili tužni zbog količine rada, a samim tim i troškova? Mislim da jeste.
• Cijena. Ovo je generalno vrlo teška tačka, ali pogledajmo gornju fotografiju i vidimo da nam je za sastavljanje klasičnog transformatora potreban okvir, jezgra, spajalice, bakarna žica, izolacija i sve to ručno ili na poluautomatskoj mašini . Recimo da sve to košta X dolara. Za proizvodnju planarnog transformatora potrebna je samo jezgra. Mislim da je ovdje očigledno da je 1 dio očigledno jeftiniji od 1 istog dijela + još 4 komponente?

U ovom trenutku morate biti mučeni: "Ako je sve tako loše, zašto su onda konvencionalni transformatori tako česti?" Malo ranije sam rekao da neki od ovih nedostataka u određenim zadacima nisu nedostatak. Na primjer, ako otvorite UPS on-line, vidjet ćete da transformator tamo nije najveći element. A ako sakupljate male serije do 100–200 uređaja mjesečno, onda će se cijena vjerovatno izjednačiti, jer. 100-200 komada se već može napraviti u Rusiji ili unajmiti mašinu za namotavanje, kupiti kinesku mašinu ili je napraviti sami za 100-200 hiljada rubalja. i uživaj u životu.
A možda je glavno mjesto gdje planarni transformatori neće zamijeniti konvencionalne pretvarači nazivne snage više od 2000 W.

Planarni transformatorski uređaj

Na prvoj slici vidite ovaj tip transformatora već montiran, pogled je vrlo neobičan, zar ne? Iako su ljudi koji su otvorili moderne televizore, punjače za laptop (ne jeftine) vjerovatno već vidjeli takve transformatore ili slične.

Planarni transformatori se mogu napraviti u različitim izvedbama, ne postoji jasna klasifikacija koliko ja znam, ali ih dijelim na 2 tipa:

Koji god tip planarnog transformatora da se razmatra, oni imaju jednu zajedničku stvar - svi namoti su napravljeni u obliku bakrenih staza na štampanoj ploči.

Ako odlučite da se detaljnije upoznate s ovom tehnologijom i odete na Google, vjerojatno ćete u mnogim člancima naići na frazu: „...i konačno, posljednjih godina, ravni transformatori su postali pristupačni. To je zbog činjenice da su višeslojne ploče pojeftinile. Kada sam dizajnirao svoj prvi planarni transformator, 2010-11, ova fraza me je zbunila. Naivno sam mislio da se planarne ravni prave isključivo na višeslojnim štampanim pločama. U to vrijeme sam još studirao na fakultetu, i iako sam radio i primao dobru stipendiju, ova vrsta plaćanja mi nije bila finansijski pristupačna. Razmislio sam o tome i odlučio da napravim svoj Facebook! kako bi smanjio cijenu ove tehnologije, kako se kasnije pokazalo - izumio je bicikl.

Suština smanjenja cijene bila je upotreba "pita" od nekoliko dvoslojnih tiskanih ploča male debljine (0,8 ili 1 mm). Za mene su to izgledala genijalna i jednostavna rješenja. Jedini problem je bio što sam, kao i uvijek, gledao rješenja vrhunskih kompanija za energetsku elektroniku, kao što su Texas Instruments, Linear, Infineon, Murata, a koristili su štampane ploče u 6-8 slojeva, a 2010. su čak koristili i standardne 4 klase (0,15 / 0,15 mm) bile su vrlo skupe. Onda se ispostavilo da su me pozvali u jedno dobro društvo na ljetni trening i rekli su mi i pokazali da već 10 godina rade takve “pite” za planarne transformatore. Kao i druge kompanije nižeg ranga od TI i Infineona. Glavni je ideja je bila tačna i takva odluka je ne samo ispravna, već i vremenski testiran.

Svi elementi "pite" su obične dvoslojne ploče standardne klase tačnosti, što znači da su jako jeftine i svaki proizvođač PCB-a ih može napraviti. Elementi "torte" planarnog transformatora izgledaju ovako:

Kao što vidite, u mom transformatoru postoje samo 3 elementa, iako ih može biti i više. Zašto 3? Prema mojim proračunima, da bih dobio željenu induktivnost u primarnom namotaju, potrebno mi je 6 slojeva. 2 sloja mi daje glavnu ploču + ​​2 sloja "komad pite" + 2 sloja "komad pite". Sekundarni namotaj se uklapa u samo 2 sloja, odavde još jedan "komad kolača". Kao rezultat, ima snop od 4 dvoslojne štampane ploče. Dalja aritmetika je još jednostavnija: koristim jezgru ELP18 / 4/10, što znači da je udaljenost ispod "namotaja" 4 mm. Ovu udaljenost dijelimo sa brojem ploča: 4 mm / 4 ploče = 1 mm - debljina svake štampane ploče. Sve je jednostavno!

Ako odjednom ne shvatite odakle dolazi jaz od 4 mm, ovdje možete vidjeti tablicu sa podacima za jezgro. A za one kojima nije ugodno pratiti linkove ili ne žele da troše promet na velikom pdf-ku, mali isječak:

Kao što vidite, veličina prozora jezgre na jednoj polovini je 2 mm, a na drugoj polovini je takođe 2 mm. Dobijamo ukupnu veličinu prozora po visini - 4 mm.

Sada možete shvatiti od čega se sastoji trošak planarnog transformatora. U stvari, postoje samo 2 komponente: jezgro i 3 štampane ploče. Jezgra košta 0,14$ u rinfuzi, štampane ploče su 3 komada po 0,11$ svaka, takođe u seriji. Dobijamo 0,47 dolara za sam transformator. Ovdje nisam uključio veznu smjesu za jezgro, jer ako raspršite njegov trošak na cijelu seriju, onda ni 1 cent tamo ne funkcionira i ne računa se montažni rad. Rad se ne razmatra iz jednog jednostavnog razloga - transformator se sastavlja u fazi ručne instalacije, a u Aziji košta peni. Poređenja radi, lemljenje 2 tranzistora u paketu TO-220 košta isto kao ugradnja planarnog transformatora, odnosno, opet, izlazi minuskul. Ovako dobijamo broj 0,5$ za 1 transformator do 100W.

Malo o mojim rezultatima... Uspio sam da se uklopim u dimenziju visine pa čak i bolje - umjesto limitiranih 11 mm, dobio sam 9,6 mm. S jedne strane, to je jedva primjetno, ali u praksi se radi o smanjenju veličine za oko 13%. Štaviše, glavnu dimenziju visine više nije postavljao transformator, već elektrolitski SMD kondenzatori na ulazu i izlazu.
Po cijeni - ne mogu vam reći tačnu cifru, ali se pokazalo da ispunjava zahtjeve. Ovdje je vrijedno napomenuti napore samog kupca, uspio je pronaći dobavljače koji su za veliku seriju mogli dati cijene na nivou, a ponekad čak i nešto niže nego na digikeyju. Lično moja zasluga je što sam riješio tehnički problem i to jeftino, a sam kupac je to već uradio super jeftino bez gubitka kvaliteta.

Tehničke mogućnosti koje nudi planarni transformator

Dalje, moj članak poprima više tehnički karakter od narativnog, a ako vas ne zanimaju energetska elektronika, suhe kalkulacije i druge gadne stvari, onda možete prestati čitati dalje i preći na rasprave u komentarima. Neće biti lepših slika. Ako planirate da usvojite ovu tehnologiju za sebe, onda za vas sve tek počinje.

Da biste jasnije procijenili puni potencijal ovog tipa transformatora, mogu reći da sam u ovom projektu na jednom paru jezgri ELP18/4/10 uspio napraviti rezonantni pretvarač od 65 W. A sad pogledajte njegove ukupne dimenzije, zar nije loše za takvu sitnicu?

Metoda proračuna planarnog transformatora

Postoji mnogo metoda koje vam omogućavaju da izračunate ovu vrstu transformatora. Istina, glavna literatura, uključujući i naučnu, uglavnom je na engleskom, njemačkom i kineskom jeziku. Probao sam nekoliko u praksi, svi su preuzeti iz izvora na engleskom jeziku i svi su pokazali prihvatljiv rezultat. U procesu nekoliko godina rada napravio sam male promjene koje su mi omogućile da malo povećam tačnost proračuna, a ovu tehniku ​​ću vam demonstrirati.

Nemam nikakve ambicije za njegovu jedinstvenost, niti garantujem da su njegovi rezultati dovoljno tačni u svim frekventnim i snagama. Stoga, ako planirate da ga koristite u svom radu, budite oprezni i uvijek pratite adekvatnost rezultata.

Proračun planarnog transformatora

Prilikom izračunavanja bilo kojeg transformatora, prvi korak je pronaći maksimalnu vrijednost magnetske indukcije. Gubici u jezgri i u bakrenim provodnicima dovode do zagrijavanja transformatora, stoga se moraju izvršiti proračuni u odnosu na maksimalno dozvoljeno pregrijavanje transformatora. Potonji se odabire na osnovu radnih uvjeta i zahtjeva za uređaj.

Dajemo empirijsku pretpostavku u kojoj pretpostavljamo da su polovina ukupnih gubitaka na transformatoru gubici u jezgri. Na osnovu ove pretpostavke izračunavamo maksimalnu gustinu gubitaka u jezgri koristeći empirijsku formulu:

Gdje je vrijednost efektivne magnetne zapremine VE je preuzeto iz dokumentacije za jezgro u [cm 3 ], vrijednost maksimalnog pregrijavanja ∆T se bira na osnovu proračuna (na primjer, obično uzimam u obzir 50–60 stepeni). Dimenzija rezultirajuće vrijednosti - [mW/cm3].

Imajte na umu da su mnoge formule koje opisujem dobijene empirijski. Drugi su napisani u svom konačnom obliku bez zakazivanja njihovog matematičkog izvođenja. Za one koje zanima porijeklo potonjeg, savjetujem da se jednostavno upoznaju sa stranom literaturom o magnetskim materijalima, na primjer, postoje i knjige Epcos i Ferroxcube.

Sada, znajući maksimalnu gustinu gubitaka u jezgri, možemo izračunati maksimalnu vrijednost induktivnosti pri kojoj temperatura pregrijavanja iznad izračunate neće biti prekoračena.


Gdje CM, ST, x, y- parametri dobijeni empirijski metodom aproksimacije krivulje gubitaka, i f- frekvencija konverzije. Možete ih dobiti na dva načina: obradom podataka (grafova) iz dokumentacije za vaše jezgro ili samostalnom izgradnjom ovih grafikona. Posljednja metoda će vam omogućiti da dobijete preciznije podatke, ali će vam trebati punopravni termovizir.

Kao primjer, podijelit ću s vama ove vrijednosti za jezgre napravljene od materijala Epcos N49, njegov analog iz Ferrocubea je također popularan i pristupačan materijal 3F3. Oba materijala omogućavaju jednostavnu izradu pretvarača sa rezonantnom frekvencijom do uključujući 1 MHz. Također je vrijedno napomenuti da ovi parametri zavise od frekvencije, ove brojke za frekvencije 400-600 kHz. Ovo je najpopularniji frekvencijski raspon i materijal koji koristim.

• CM = 4,1×10–5
• ST = 1,08×10–2
• x = 1,96
• y=2,27

Zatim, vrijedi se sjetiti druge komponente gubitaka u transformatoru - gubici u bakrenom namotaju. Sagledavaju se lako, prema našem omiljenom Ohmovom zakonu, u kojem su dodatno uzete u obzir sasvim logične tačke: struja koju imamo je pulsirajuća i ne teče 100% vremena, odnosno faktor punjenja. Neću vam reći kako izračunati otpor bakrenog namota prema njegovoj geometriji, previše je banalno, ali vjerojatno ću vas podsjetiti na opću formulu:

Gubici u bakru se izračunavaju za svaki namotaj posebno, a zatim se zbrajaju. Sada znamo gubitke u svakom sloju "torte" iu jezgru. Oni koji žele mogu simulirati pregrijavanje transformatora, na primjer, u Comsol ili Solidworks Flow Simulation.

Nastavljajući temu bakrenih provodnika, prisjetimo se takvog fenomena kao efekt kože. Ako objasnite "na prste", onda je to efekat kada se, s povećanjem frekvencije struje koja teče u vodiču, struja "istisne" iz vodiča (od centra do površine) od strane drugog trenutni - eddy.
Naučnije govoreći, kao rezultat protoka naizmjenične struje u vodiču, indukuje se promjenjiva indukcija, što zauzvrat uzrokuje vrtložne struje. Ove vrtložne struje imaju smjer suprotan od naše glavne struje i ispada da se međusobno oduzimaju i da je u centru vodiča ukupna struja nula.
Logika je jednostavna - što je veća frekvencija struje koja teče, to više utiče skin efekat i manji je efektivni poprečni presek provodnika. Njegov utjecaj se može smanjiti optimizacijom geometrije namotaja, njihovom paralelizacijom i drugim metodama koje vjerovatno zaslužuju, ako ne cijelu knjigu, onda veliki poseban članak.
Za naše proračune dovoljno je grubo procijeniti utjecaj skin efekta pomoću druge empirijske formule:

Gdje ∆δ - debljina zone sa nultom strujom, f- frekvencija pretvarača. Kao što vidite, ovaj efekat je u potpunosti vezan za frekvenciju prebacivanja.

A sada izračunajmo koliko nam je okretaja i drugih stvari potrebno da napravimo transformator koji radi naprijed. Prije svega, razmatramo koliko nam je zavoja potrebno u primarnom namotu:

Gdje je Umin minimalni ulazni napon, D je radni ciklus, f je radna frekvencija, Ae je efektivni presjek jezgra. Sada brojimo broj zavoja za sekundarni namotaj:

Gdje je N1 broj zavoja u primarnom namotaju, D je radni ciklus, Uout je nazivni izlazni napon, Umin je minimalni ulazni napon.

Sljedeći korak je izračunavanje induktivnosti primarnog namotaja. Budući da struja u namotu ima impulsni odziv, ovisit će i o induktivnosti. Izračunavamo ga koristeći sljedeću formulu:

Gdje je μ0 efektivna magnetna permeabilnost, μa je amplituda magnetne permeabilnosti, Ae je efektivni poprečni presjek jezgre, N1 je broj zavoja u primarnom namotaju, tj. efektivna dužina puta. Parametre koji nedostaju, kao što su propusnost i dužina magnetne linije, možete uzeti u dokumentaciji za određeno jezgro.

Sada posljednji korak koji trebamo poduzeti je izračunavanje struje u primarnom namotaju. To će u budućnosti omogućiti da se izračuna poprečni presjek primarnog namota i, shodno tome, širina vodiča. Trenutna vrijednost je zbir dvije komponente i izgleda ovako:


Ovdje se čini da su sve komponente formule već poznate i izračunate, jedino što ću napomenuti je parametar Pmax. Ovo nije samo vrijednost nazivne izlazne snage, to je ukupna snaga pretvarača, uzimajući u obzir efikasnost barem približno (ja obično polažem 95-97% za rezonantne pretvarače) i marginu koju stavljate u uređaj . Kod mojih uređaja obično postoji 10% marže snage, u posebno kritičnim uređajima i čvorovima, ponekad morate staviti 20-25% marže, ali to uzrokuje porast cijene.

Tako smo dobili sve parametre koji su potrebni za proračun i projektovanje planarnog transformatora. Naravno, morat ćete sami izračunati presjek za namotaje, ali ovo je elementarna aritmetika, s kojom ne želim zatrpati članak. Sve ostalo je već proračunato i preostaje samo dizajnirati ploče u nekoj vrsti CAD-a.

Ishod

Nadam se da će vam moj članak pomoći da počnete koristiti planarne transformatore kako u svojim kućnim projektima tako iu komercijalnim. Ova tehnologija se mora pažljivo koristiti, jer u zavisnosti od zadatka može biti skuplja od "klasičnih" transformatora.

Također, nesumnjivo, korištenje planarnih transformatora otvara nove tehničke mogućnosti, a moderni Mosfeti i novi GaN tranzistori samo doprinose tome, omogućavajući vam da kreirate pretvarače s frekvencijama od 400 kHz i više. Međutim, cijena ovih "prilika" nije uvijek dovoljno niska, a dizajn rezonantnih pretvarača na takvim frekvencijama zahtijeva veliki skup znanja i iskustva.

Ali nemojte se nervirati! Bilo ko od vas, čak i početnik inženjer elektronike, može sastaviti topologije na jednostavniji način, na primjer, ZVS most (Full bridge). Ova topologija vam omogućava da dobijete vrlo visoku efikasnost i ne zahtijeva nikakvo super-tajno znanje. Vi samo trebate napraviti prototip ili izgled i dobro eksperimentirati. Sretno u istraživanju novih horizonata!

pročitano 14146 puta

Konstantno smanjenje veličine elektronskih proizvoda, posebno mobilnih uređaja, dovodi do toga da programeri moraju koristiti komponente minimalnih dimenzija. Za poluvodičke komponente, kao i pasivne komponente kao što su otpornici i kondenzatori, izbor je prilično velik i raznolik. Razmotrit ćemo zamjenu male veličine za još jedan pasivni element - transformatore i prigušnice. U većini slučajeva dizajneri koriste standardne transformatore i žičane prigušnice. Razmotrićemo prednosti planarnih transformatora (PT) na bazi višeslojnih štampanih ploča. Troškovi višeslojnih štampanih ploča stalno opadaju, pa će planarni transformatori biti dobra zamjena za konvencionalne.

Planarni transformatori predstavljaju atraktivnu alternativu konvencionalnim transformatorima gdje su potrebne male magnetne komponente. Kod planarne tehnologije za izradu induktivnih komponenti, ulogu namotaja mogu imati staze na štampanoj ploči ili bakrene površine nanesene tiskom i razdvojene slojevima izolacionog materijala, a osim toga, namoti se mogu konstruisati od višeslojnog štampanog kola. ploče. Ovi namoti se nalaze između malih feritnih jezgara. Prema svom dizajnu, planarne komponente se dijele na nekoliko tipova. Najbliže konvencionalnim induktivnim komponentama su planarne plug-in komponente koje se mogu koristiti umjesto konvencionalnih dijelova na jednoslojnim i višeslojnim štampanim pločama. Visina zglobne komponente može se smanjiti uranjanjem jezgra u izrez na štampanoj ploči tako da namotaj leži na površini ploče. Korak naprijed je hibridnog tipa, gdje je dio namotaja ugrađen u matičnu ploču, a dio je na zasebnoj višeslojnoj štampanoj ploči koja je spojena na matičnu ploču. Matična ploča mora imati rupe za feritno jezgro. Konačno, kod potonjeg tipa planarnih komponenti, namotaj je u potpunosti integriran u višeslojnu štampanu ploču.

Kao i kod konvencionalnih žičanih komponenti, polovice jezgri mogu se spojiti zajedno lijepljenjem ili stezanjem, ovisno o mogućnostima i preferencijama proizvođača. FERROXCUBE nudi širok spektar planarnih E-jezgri za različite primjene.

Prednosti planarne tehnologije

Planarna tehnologija za proizvodnju magnetnih komponenti ima niz prednosti u odnosu na konvencionalno namotavanje žice. Prva očigledna prednost je vrlo mala visina, što čini planarne komponente obećavajućim za montažu u rack i prijenosne aplikacije velike gustine.

Planarne magnetne komponente su veoma pogodne za razvoj visokoefikasnih prekidačkih pretvarača snage. Niski gubici u bakru i visoki koeficijent spajanja omogućavaju efikasniju konverziju. Niska induktivnost curenja smanjuje naponske skokove i fluktuacije, koji su uzrok kvara MOS komponenti i dodatni izvor buke.

Planarna tehnologija je jednostavna i pouzdana u proizvodnji. Tabele 1-3 opisuju prednosti i ograničenja ove tehnologije.

Tabela 1. Prednosti razvoja

Tabela 2. Prednosti proizvodnje

Tabela 3. Ograničenja

(1) Troškovi višeslojnih PCB-a su smanjeni. Ukupna cijena: nije potreban okvir, manja veličina jezgra.

Integrirane u odnosu na priključene komponente

Integrisane planarne komponente se koriste kada složenost okolnih kola nameće upotrebu višeslojne štampane ploče. Tipične primjene su pretvarači male snage i uređaji za obradu signala. Uglavnom koriste kombinaciju jezgre u obliku slova W i male ploče. Glavni zahtjevi dizajna ovdje su mala visina i dobre performanse visoke frekvencije.

• Montirane komponente se koriste drugačije. Tipične primjene su pretvarači velike snage; uglavnom koriste kombinaciju dvije velike jezgre u obliku slova E. Ovdje su toplinske karakteristike glavni zahtjevi dizajna. Dizajn namota ovisi, posebno, o veličini struje.

Uranjanje dodatnih komponenti u ploču omogućava vam da smanjite visinu sklopa bez promjene lokacije komponenti.

Hibridne komponente smanjuju broj omotača namotaja na račun tragova na štampanoj ploči, a u integrisanoj verziji uopće nema omotača. Moguće su i kombinacije ova dva tipa. Na primjer, energetski pretvarač može imati primarni namotaj transformatora i prigušnicu mrežnog filtera ugrađenu u matičnu ploču, dok su sekundarni namotaj i izlazna prigušnica na zasebnim štampanim pločama (slika 3).

Vezivanje nasuprot stezanju

Izbor između lijepljenja i stezanja u velikoj mjeri ovisi o mogućnostima i preferencijama proizvođača, ali postoje i zahtjevi specifični za primjenu koji mogu odrediti jedno ili drugo kao poželjnije.

Prvo polje primjene planarnih transformatora bila je konverzija energije. U skladu s tim, korišteni su srednje i visokofrekventni snažni feriti. Induktivnost prigušnice mrežnog filtera može se povećati zamjenom snažnog ferita materijalom visoke magnetske permeabilnosti. U impulsnoj signalizaciji, širokopojasni transformator između IC impulsnog generatora i kabla omogućava razdvajanje i usklađivanje impedanse. U slučaju S- ili T-sučelja, ovo također mora biti ferit visoke permeabilnosti. 3E6 feritna jezgra visoke propusnosti dodana su u FERROXCUBE asortiman proizvoda. Ispod je lista aplikacija u kojima planarna tehnologija može biti korisna.

Konverzija snage

• Komponente
  • Energetski transformatori, izlazne ili rezonantne prigušnice, prigušnice za mrežni filter.
• Ispravljači (glavni izvori napajanja)
  • Preklopna napajanja.
  • Punjači (mobilni telefoni, laptopi).
  • Kontrolno-mjerna oprema.
• DC pretvarači
  • Moduli za pretvaranje energije.
  • mrežni prekidači.
  • Mobilni telefoni (glavni izvor napajanja).
  • Prijenosni računari (primarni izvor napajanja).
  • Električna vozila (pretvarač vučnog napona na 12 V napon).
• AC pretvarači (mrežni izvori napajanja)
  • Kompaktni pretvarači za fluorescentne sijalice.
  • Indukcijsko grijanje, zavarivanje.
• Invertori (napajanje na baterije)
  • Mobilni telefoni (LCD pozadinsko osvjetljenje).
  • Laptop računari (LCD pozadinsko osvetljenje).
  • Prednja svjetla za automobile na plinsko pražnjenje (balast).
  • Grejanje zadnjeg stakla automobila (konverter pojačanja).

Prenos impulsa

• Komponente
  • Širokopojasni transformatori.
  • S 0 -interfejsi (pretplatnička telefonska linija).
  • U-interfejsi (ISDN pretplatnička linija).
  • T1/T2 sučelja (trunk linija između mrežnih prekidača).
  • ADSL interfejsi.
  • HDSL interfejsi.

Tabela 4. Karakteristike materijala

Tabela 5. Jezgra za lijepljenje (bez zareza)

Tabela 6. Materijali jezgra za lijepljenje

(*) - polovice jezgara za upotrebu u kombinaciji sa jezgrom u obliku slova E bez razmaka ili ploče.

(**) - polovice jezgara sa visokom magnetnom propusnošću.

E160 - E - polujezgro sa simetričnim razmakom. A L = 160 nH (mjereno u kombinaciji sa pola jezgre sa simetričnim razmakom).

A25–E - polujezgro sa asimetričnim razmakom. A L = 25 nH (mjereno u kombinaciji sa polovinom jezgra bez razmaka).

A25 - P - polujezgro sa asimetričnim razmakom. A L = 25 nH (mjereno u kombinaciji sa pločom).

1100/1300 - pola jezgre bez zazora. AL = 1100/1300 nH (mjereno u kombinaciji sa polujezgrom bez razmaka/vafera).

AL vrijednost (nH) izmjerena je na B≤0,1mT, f≤10kHz, T = 25°C.

Tolerancija A L:

Tabela 7. Performanse u odnosu na snagu (lijepljenje jezgara)

Tabela 8. Jezgra za spajanje

Paleta proizvoda

FERROXCUBE nudi širok spektar planarnih E-jezgri u rasponu veličina 14-64 mm. U osnovnoj verziji za lepljenje, poprečni presek je uvek ujednačen, što omogućava optimalno korišćenje zapremine ferita. Svaka veličina ima E-jezgro (označeno slovom E) i odgovarajući umetak (označen slovima PLT). Set se može sastojati od E-jezgra i ploče ili dva E-jezgra. U potonjem slučaju, visina prozora za navijanje se udvostručuje. Za najmanje veličine postoji i set E-core i ploča u verziji na stezaljku. Koristi urezano E-jezgro (označeno E/R) i uložak s utorima (označen PLT/S). Stezaljka (označena kao CLM) škljocne u udubljenja jezgra i obezbeđuje jaku vezu pritiskom na ploču u dve tačke. Utor sprječava pomicanje uloška, ​​čak i pod jakim udarima ili vibracijama, a također osigurava poravnanje. Ne postoji spojni spoj za kombinaciju dva E-jezgra.

Tabela 9. Materijali jezgra spojnih stezaljki

(1) - polovice jezgra za upotrebu u kombinaciji sa pločom.

A63 - P - polujezgro sa asimetričnim razmakom. A L = 63 nH (mjereno u kombinaciji sa pločom).

1280 - pola jezgre bez razmaka.

A L = 1280 nH (mjereno u kombinaciji sa pločom).

A L vrijednost (nH) izmjerena je na B≤0,1 mT, f≤10 kHz, T = 25 °C.

Tolerancija A L:

Tabela 10 - Karakteristike snage (jezgra spojnih stezaljki)

Snažna feritna jezgra 3F3 (radna frekvencija do 500 kHz) i 3F4 (500 kHz - 3 MHz) dostupna su u svim veličinama. Najveća jezgra su također napravljena od 3C85 ferita (radna frekvencija do 200 kHz), budući da se velika jezgra često koriste u niskofrekventnim uređajima velike snage. Dostupna su i manja jezgra, napravljena od 3E6 ferita visoke permeabilnosti (μ i = 12000), za upotrebu u mrežnim filter prigušnicama i širokopojasnim transformatorima.

Paket

Plastična folija se koristi kao standardna ambalaža za jezgre i ploče u obliku slova E.

Tabela 11. Pakovanje

Tabela 12. Kutija jezgra

Tabela 13. Priključna kutija

Tabela 14. Pakovanje trakom

Za jezgra E14/3.5/5 i E18/4/10 razvijen je prototip za pakovanje trake za upotrebu sa SMD opremom za automatsko sklapanje. Metoda pakovanja je u skladu sa IEC-286 deo 3. Ploče se pakuju na isti način kao i odgovarajuća E-jezgra.

Razvoj

Da bi se u potpunosti iskoristila planarna tehnologija, mora se slijediti drugačiji koncept dizajna nego kod namotane žice. Slijede brojna razmatranja koja treba slijediti u tom pogledu.

Izbor jezgra

• Magnetna indukcija

Poboljšane termičke performanse omogućavaju dvostruko veći gubitak snage od konvencionalnog dizajna sa istom količinom magnetnog polja, tako da će optimalna gustina fluksa biti veća nego inače.

• Vazdušni jaz

Veliki razmaci su nepoželjni u planarnim projektima jer stvaraju zalutali tok. Rubni fluks zavisi od omjera visine prozora namotaja i širine zračnog zazora, koji je manji za ravne jezgre. Ako je visina prozora samo nekoliko puta veća od širine zazora, a širina nekoliko puta širine središnjeg dijela jezgre, tada će se pojaviti značajna količina protoka između vrha i dna jezgre. Velike vrijednosti rubnih i presečnih tokova dovode do velikih gubitaka vrtložnih struja u namotu.

Dizajn namotaja

• DC otpor

Najčešće korištene bakrene staze su debljine 35, 70, 100 i 200 mikrona. Ako je površina poprečnog presjeka traga nedovoljna za postizanje prihvatljivog DC otpora, moguće je spojiti tragove paralelno za sve ili dio zavoja.

• AC otpor

Gubici bakra naizmeničnom strujom zbog skin efekta i efekta blizine manji su za ravne bakrene staze nego za okrugle žice sa istom površinom poprečnog preseka. Vrtložne struje inducirane u blizini zračnog raspora mogu se smanjiti uklanjanjem nekoliko zavoja na mjestu gdje je indukcija maksimalna i usmjerena okomito na ravan namotaja. Kombinacija E-jezgra i ploče ima nešto manji protok curenja od kombinacije dva E-jezgra zbog lokacije zračnog raspora.

• Induktivnost curenja

Kada se namotaji nalaze jedan iznad drugog, magnetna sprega je veoma jaka i dostižu se vrednosti koeficijenta sprege blizu 100% (slika 13, a).

Prethodni dizajn dovodi do većeg međunamotajućeg kapaciteta. Ovaj kapacitet se može smanjiti postavljanjem staza susjednih namotaja jedan između drugog (slika 13, b).

Štaviše, ponovljivost vrijednosti kapacitivnosti omogućava da se ona kompenzira u ostatku kola, kao i da se koristi u rezonantnim dizajnima. U potonjem slučaju, moguće je namjerno stvoriti veliki kapacitet postavljanjem staza susjednih namotaja jedan naspram drugog (slika 13, c).

Proizvodnja

Skupština

Kada koristite stezaljke, prvo morate stezaljku ugurati u udubljenja jezgre, a zatim poravnati ploču bočno.

Za integrisane komponente, montaža se kombinuje sa montažom.

Instalacija

Kada se koriste dodatne komponente, mogu se koristiti ploče kroz rupe ili SMD montaža. Nema značajnih razlika u odnosu na uobičajeni proces

Ravna površina jezgra je pogodna za automatsku montažu.

U slučaju integrisanih komponenti, instalaciju je najbolje izvršiti u dva koraka:

1. Zalijepite jednu polovinu jezgra na PCB. Za ovo se može koristiti isto ljepilo kao i za montažu SMD komponenti, a ovaj korak je logično kombiniran sa montažom SMD komponenti na ovoj strani PCB-a.
2. Zalijepite drugu polovinu jezgre na prvu. Ovo uključuje iste komentare koji su davani u vezi sa montažom dodataka.

Lemljenje

Odnosi se samo na priključne transformatore.

U slučaju povratnog lemljenja, poželjna metoda grijanja je vruća konvekcija, a ne infracrveno zračenje, jer prva metoda osigurava izjednačavanje temperatura površina koje se lemljuju. Pri zagrijavanju infracrvenim zračenjem standardnim materijalima, dobra toplinska provodljivost planarne komponente može dovesti do preniske temperature paste za lemljenje, a kada se poveća snaga zračenja, do previsoke temperature štampane ploče. Ako se koristi infracrveno grijanje, preporučuje se druga pasta za lemljenje i/ili PCB materijal.

Oznaka veličine

Svi navedeni brojevi odnose se na polovine jezgara. Dvije polovice jezgra moraju se naručiti u ispravnoj kombinaciji. Postoje četiri vrste polutki jezgra, od kojih se prave tri vrste kompleta:

• dva jezgra u obliku slova W (E+E);
• Jezgro i ploča u obliku slova W (E+PLT);
• Urezana E-jezgra i ploča s prorezima (E/R + PLT/S).

Posljednji set također uključuje stezaljku (CLM).

Sljedeći članak će pružiti metodu za proračun planarnih energetskih transformatora za prekidačka napajanja.

Payton Planar Transformers and Chokes (2005)

Jedan od glavnih zadataka u razvoju transformatora je smanjenje njegovih ukupnih dimenzija uz povećanje efektivne snage. Danas transformator doživljava drugo rođenje - tradicionalna tehnologija izgradnje transformatora zamjenjuje se novom planarnom tehnologijom. Princip izgradnje elektromagnetnih uređaja po novoj tehnologiji je korištenje tiskanih ploča umjesto sklopa okvira i namota žice. Ulogu namotaja u planarnoj tehnologiji obavljaju staze štampane na ploči. Ploče su složene u nekoliko slojeva, odvojene izolacijskim materijalom i zatvorene u feritnu jezgru.

planarna tehnologija
Sve do sredine 1980-ih, tehnologije proizvodnje planarnih transformatora bile su ograničene uglavnom na razvoj u vojnoj, avijacijskoj i svemirskoj industriji. U počecima aktivne komercijalne primene planarnih tehnologija bio je Aleks Estrov, koji je 1986. objavio neke podatke o svom razvoju u oblasti planarnih transformatora koji rade na rezonantnoj frekvenciji od 1 MHz. Ideja je bila uspješna. Nešto kasnije, A. Estrov je organizovao kompaniju (danas se zove Payton Power Magnetics Ltd.), koja je pokrenula masovnu proizvodnju planarnih energetskih transformatora i prigušnica.
Šta je planarna tehnologija i zašto je izuzetna? Razmotrimo primjer koji objašnjava princip izgradnje planarnih transformatora (slika 1). Slika prikazuje rastavljeni transformator. Sastoji se od nekoliko ploča na kojima se nanose namotaji i izolacijskih ploča koje odvajaju ploče za namotaje jedna od druge. Namotaj transformatora je napravljen u obliku staza na štampanim pločama ili presecima bakra štampanim na ploči. Svi slojevi se postavljaju jedan na drugi i drže dva komada feritnog jezgra.
Želja za smanjenjem ukupnih dimenzija uz povećanje snage glavni je cilj razvoja modernih energetskih uređaja. Istovremeno, planarni transformatori, za razliku od tradicionalnih, imaju relativno veliku efektivnu površinu hlađenja i lakše se hlade - možete koristiti različite opcije: prirodni, prisilni, jednostrani i dvostrani radijator, tečno hlađenje.
Još jedna pozitivna karakteristika planarnih uređaja je mali raspon električnih parametara od uređaja do uređaja. Žičani transformator ima veliki raspon parametara, jer žica neravnomjerno leži na okviru tijekom procesa namotavanja, što ne može a da ne utječe na parametre uređaja (na primjer, induktivnost, faktor kvalitete). Planarni transformatori se sklapaju na bazi višeslojnih štampanih ploča. Svaka ploča je napravljena na isti način. Štampaju se i tragovi na pločama. Graviranje ploče je uvijek isti proces. Parametarske greške planarnog transformatora su stotine puta manje od onih kod tradicionalnog transformatora namotanog žicom.
Planarni transformatori su idealni za telekomunikacione sisteme, računare, sisteme aviona, napajanja, aparate za zavarivanje, sisteme indukcionog grejanja - tj. gdje god su potrebni energetski transformatori visoke efikasnosti i malih dimenzija.
Glavne prednosti planarnih transformatora:
velika snaga sa malim ukupnim dimenzijama (10 W - 20 kW);
visoka efikasnost uređaja (97–99%);
širok raspon radnih temperatura: od -40 do +130°S;
dielektrična čvrstoća uređaja 4-5 kV;
niska induktivnost curenja;
opseg radne frekvencije planarnih uređaja je u opsegu od 20 kHz do 2,5 MHz;
velika snaga s malim dimenzijama: planarni transformatori obično uključuju od jednog do sedam namotaja;
mali raspon parametara u serijskoj proizvodnji uređaja;
vrlo nizak nivo elektromagnetnih smetnji;
male dimenzije i težina.

Payton Planar Transformers
Payton proizvodi širok spektar planarnih transformatora u rasponu od 5W do 20kW. Payton transformatori su malih dimenzija (slika 2), sposobni za rad na velikim snagama i dobre termičke performanse. Tabela 1 daje podatke o veličini snage, težini i veličini jezgra.

Payton linija proizvoda uključuje uređaje s različitim nivoima snage za upotrebu u telekomunikacijskoj opremi, izvorima napajanja, AC/DC i DC/DC naponskim pretvaračima i slično. U tabeli 2 prikazane su glavne karakteristike nekih tipova Payton planarnih transformatora.
U početku su se programeri Paytona fokusirali na proizvodnju transformatora samo za prekidačka napajanja (SMPS), za upotrebu u mašinama za zavarivanje i indukcijskim sistemima grijanja. Međutim, sada se koriste gotovo posvuda.
Moderni Payton transformatori su idealni za SMPS aplikacije za aparate za zavarivanje. Transformatori se savršeno uklapaju u strukturu izvora, garantujući dugo trajanje njegovog rada. Poznato je da SMPS aparata za zavarivanje stvaraju kritično visoke vrijednosti izlaznih struja. Stoga u većini slučajeva postoji samo nekoliko sekundarnih zavoja. Planarni transformatori su stoga pogodni za rukovanje velikim strujama i mogu se koristiti u opremi za zavarivanje. Upotreba planarnih transformatora može značajno smanjiti veličinu i težinu konačnog uređaja.

Planarni transformator se također dobro uklapa u strukturu izvora napajanja za indukcijske sisteme grijanja. Za ove namjene, na primjer, proizveden je transformator snage 20 kW (slika 3) dimenzija 180x104x20mm.
Payton Power Magnetics nudi transformatore sa provodnicima za razne mogućnosti montaže, kako za površinsku montažu, tako i preko opcija montiranja na PCB. Ravne površine jezgara su pogodne za automatsku montažu. Osim toga, postoje uređaji sa terminalima za površinsku montažu.

Payton planarne prigušnice
Payton proizvodi širok spektar planarnih prigušnica. Payton prigušnice, poput transformatora, pružaju značajnu snagu u malim veličinama. Prigušnice se proizvode tehnologijom predmagnetizacije jezgra. Iako je ova tehnologija poznata dugo vremena, nije dobila široku upotrebu zbog visoke cijene specijalnih magnetnih materijala koji se tradicionalno koriste za izradu jezgara, nemogućnosti rada uređaja na visokim frekvencijama i pogoršanja performansi uslijed demagnetizacije jezgra. Paytonovi inženjeri su prevazišli ove nedostatke upotrebom feromagnetnih jezgara, jeftine i efikasne zamjene za specijalna magnetna jezgra.
Tehnologija pre-magnetizacije jezgri omogućava vam da udvostručite vrijednost induktora bez promjene struje, ili udvostručite vrijednost struje sa istom induktivnošću. Nova tehnologija za proizvodnju prigušnica omogućava smanjenje gubitaka snage 4 puta i smanjenje kontaktne površine za 30-40% (slika 4).
Ispitivanje prigušnica na magnetsko oštećenje pokazalo je da na radnim frekvencijama do 1 MHz do pogoršanja magnetnih svojstava jezgri ne dolazi čak ni pri 10-strukom višku jačine polja u odnosu na uobičajenu radnu vrijednost.

Payton Hybrid Chokes
Osim toga, Payton aktivno razvija tehnologije za izgradnju hibridnih planarnih prigušnica koje mogu raditi na visokim rezonantnim frekvencijama. Ovi uređaji su bazirani na "6-koljena" planarnom feromagnetnom jezgru, u kombinaciji sa namotajem. Ova kombinacija vam omogućava da postignete faktor visokog kvaliteta na visokim frekvencijama. Na primjer, vrijednost faktora kvalitete prigušnice s induktivnošću od 40 μH pri struji od 3A i radnoj frekvenciji od 1 MHz je 500!

Filteri prigušnice Payton
Payton također proizvodi planarne prigušnice posebno dizajnirane za ublažavanje uobičajenog načina rada. Odnos između induktivnosti curenja i samoinduktivnosti uređaja smanjen je na 0,005%. Zbog svoje visoke vlastite kapacitivnosti, planarne zajedničke prigušnice mogu uključivati ​​ulazne i izlazne kondenzatore. Stoga se ova vrsta prigušnica može koristiti kao filter uobičajenog načina rada. Planarni filteri za prigušnice se već danas razvijaju, koji će raditi na strujama do 200A.

Zaključak
Zbog stabilnih performansi, visoke efikasnosti i efikasnog načina hlađenja Paytonovih planarnih elektromagnetnih komponenti, njihova upotreba je atraktivno rješenje za proizvođače napajanja. Trend prema jeftinijoj proizvodnji višeslojnih štampanih ploča čini planarne transformatore sve pristupačnijim za širok spektar primena. Može se pretpostaviti da će u bliskoj budućnosti planarni uređaji u potpunosti zamijeniti tradicionalne žičane transformatore.