استفاده از ترانسفورماتورها و بردهای قدرت مسطح بر روی بستر دورالومین در منابع تغذیه مدرن. طراحی ترانسفورماتورهای قدرت مسطح

این اختراع مربوط به مهندسی برق و رادیو است و می تواند در ساخت ترانسفورماتور مسطح که برای دستگاه های برقی و مهندسی رادیویی قابل حمل در نظر گرفته شده است استفاده شود. نتیجه فنی- افزایش قابلیت اطمینان عملیاتی بین لایه اتصالات الکتریکیسیم پیچ ترانسفورماتور به دلیل لحیم کاری لنت های تماس سیم پیچ، امکان ساخت پیچ های سیم پیچ با سطح مقطع بزرگ و بر این اساس، با ارزش عالیجریان مجاز، دستیابی به مقدار بهینه نسبت تبدیل و بر این اساس، ولتاژ خروجی ترانسفورماتور، امکان ادغام سیم پیچ های ترانسفورماتور در یک برد مدار چاپی چند لایه در طول تولید مشترک آنها. این امر با تولید سیم پیچ چندلایه بر روی سطح یک ماتریس فلزی گالوانوپلاستیک با ساخت متوالی، ابتدا سیم پیچ های یک طرفه با پدهای تماس داخلی و خارجی، سپس بر اساس آنها، سیم پیچ های چاپی دو طرفه که یک چند لایه را تشکیل می دهند، به دست می آید. سیم پیچی. پدهای تماس داخلی و خارجی همزمان با چرخش سیم‌پیچ‌های یک طرفه با رسوب الکترولیتی مس بر روی نواحی خالی یک ماسک مقاوم به نور اعمال شده روی سطح ماتریس ساخته می‌شوند. لنت های تماس داخلی سیم پیچ های مجاور با لحیم کاری در ساخت سیم پیچ های دو طرفه و لنت های تماس خارجی پس از قرار دادن سیم پیچ های دو طرفه در یک بسته سیم پیچ چند لایه با لحیم کاری به یکدیگر متصل می شوند. به این ترتیب سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور ساخته و به هم چسبانده می شود. سپس سوراخ هایی در سیم پیچ ها بریده می شود که در آن یک هسته فریت نصب شده است و یک ترانسفورماتور مسطح بر اساس یک برد مدار چاپی چند لایه به دست می آید. این روش امکان تولید ترانسفورماتورهای مسطح را بر اساس یک برد مدار چاپی چند لایه با استفاده از یک هسته فریت مینیاتوری از نوع EH/3.5/5 در سیستم E-E و با یک هسته بزرگ از نوع Sh 68/21/50 که بر روی آن استفاده می‌شود، ممکن می‌سازد. مشخصات خروجی ترانسفورماتور را می توان 100 ولت و 100 آمپر با ولتاژ تغذیه 12 ولت به دست آورد. 1 c.p. f-ly, 7 بیمار.

این اختراع مربوط به مهندسی برق و رادیو است و می تواند در دستگاه های برقی و مهندسی رادیویی قابل حمل استفاده شود.

روش ساخت ترانسفورماتور مسطح بر اساس برد مدار چاپی چند لایه می تواند کاربرد گسترده ای پیدا کند. استفاده عملی، در صورتی که اجازه تولید یک برد مدار چاپی چند لایه مادربرد با گذرگاه های بین لایه ای قابل اعتماد، با پیچ های ضخامت زیاد را بدهد که در آن مقطع پیچ با مقادیر بهینه جریان مجاز مطابقت دارد.

روش باید برای تولید انبوه مناسب باشد ترانسفورماتورهای مسطح.

روش شناخته شده ای برای تشکیل اندوکتانس های مسطح وجود دارد که شامل تقسیم سطح یک نوار اصلی نازک، از دو طرف با روکش فویل، به بخش های مستطیلی و استفاده از فوتولیتوگرافی برای اعمال یک الگوی سیم پیچ در هر بخش و روی یک قسمت اضافی است. الگویی از پدهای تماسی را نوار چسب بزنید. لنت های تماس در دو طرف نوار توسط متالیزاسیون شیمیایی و گالوانیکی سوراخ ها به صورت الکتریکی به هم متصل می شوند. سپس با استفاده از اچ شیمیایی، مس از قسمت هایی از سطح نوار فویل که توسط ماسک مقاوم به نور محافظت نمی شود، جدا می شود. در همان زمان، خطوط مرزی بین بخش ها به دست می آیند، سپس عناصر فیلم در امتداد خطوط تقسیم خود به یک آکاردئون با فشرده سازی همزمان نورد می شوند، در حالی که عناصر یکی بالای دیگری قرار می گیرند تا سیم پیچ های درون فاز را تشکیل دهند. ابتدا نوارهای اضافی با پدهای تماسی رول می شوند و سپس نوار اصلی جمع می شود. عایق بندی بین عناصر بخش های مجاور در طول فرآیند تا کردن نوارها به یک آکاردئون با اعمال یک پوشش چسب یا واشر اضافی انجام می شود و اندوکتانس مسطح به دست می آید.

معایب این روش شناخته شده عبارتند از: قابلیت اطمینان پایین انتقال بین لایه ای یک سیم پیچ چند لایه، محدودیت ضخامت چرخش سیم پیچ با ضخامت فویل روی دی الکتریک فویل، محل قرارگیری پدهای تماس روی نوارهای اضافی، که چیدمان عناصر سیم پیچ را دشوار می کند و حجم آن را افزایش می دهد.

روشی شناخته شده برای ساخت ترانسفورماتور مسطح بر اساس برد مدار چاپی چندلایه وجود دارد که بر اساس آن سیم پیچ های چاپ شده ترانسفورماتور روی دی الکتریک فویل با حکاکی فویل در مکان هایی که توسط ماسک مقاوم نوری محافظت نمی شود ساخته می شود. سپس سیم پیچ های چاپ شده در یک بسته جمع آوری می شوند. آنها توسط اسپیسرهای چسبی از هم جدا می شوند. سپس کیسه در دمای پخت چسب فشرده می شود. اتصالات الکتریکی بین لایه‌ای بین سیم‌پیچ‌های مجاور در یک سیم‌پیچ چاپی چندلایه با متالیزاسیون شیمیایی-گالوانیکی سوراخ‌های عبوری ایجاد می‌شود. بنابراین، هر دو سیم پیچ اولیه و ثانویه ترانسفورماتور ساخته می شوند. آنها با چسباندن به یکدیگر متصل می شوند. سپس سوراخ هایی در سیم پیچ ترانسفورماتور برای نصب هسته فریت ایجاد می شود. یک هسته فریت در سیم پیچ ترانسفورماتور نصب و محکم می شود و یک ترانسفورماتور مسطح بر اساس یک برد مدار چاپی چند لایه به دست می آید. ضخامت سیم پیچ چند لایه توسط فضای آزاد در هسته فریت محدود می شود. انواع هسته های فریت از نوع مینیاتوری E14/35/5 تا حداکثر 64/10/50 داده شده است. این روش به عنوان نمونه اولیه پذیرفته شده است.

از معایب روش نمونه اولیه می توان به قابلیت اطمینان پایین اتصالات الکتریکی بین لایه ای به دست آمده توسط متالیزاسیون شیمیایی-گالوانیکی سوراخ ها، ضخامت کوچک پیچ های سیم پیچ، که توسط ضخامت فویل روی دی الکتریک فویل محدود می شود، اشاره کرد. این امر دستیابی به چرخش با سطح مقطع بزرگ مورد نیاز در ترانسفورماتورهای مسطح پرقدرت را دشوار می کند جریان مجازبه عنوان مثال، 100A یا بیشتر.

هدف از اختراع ایجاد روشی برای ساخت ترانسفورماتور مسطح بر اساس یک برد مدار چاپی چند لایه با دریچه های بین لایه ای قابل اعتماد و همچنین به دست آوردن پیچ های سیم پیچ با ضخامت زیاد است که امکان به دست آوردن سطح مقطع مورد نیاز را فراهم می کند. چرخش، که در آن مقدار مجاز جریان، به عنوان مثال، 100A یا بیشتر است.

مشکل با این واقعیت حل می شود که در روش شناخته شده ساخت یک ترانسفورماتور مسطح بر اساس یک برد مدار چاپی چند لایه، پیچ های مسی سیم پیچ ها با پدهای تماسی مطابق با یک الگوی چاپی مقاوم در برابر نور ساخته می شوند که در آن سیم پیچ ها به صورت جداگانه قرار می گیرند. مقاطع مستطیلی سپس سیم پیچ ها در کیسه ای قرار می گیرند که لنت های چسبی بین سیم پیچ ها قرار داده شده است. کیسه در دمای پخت چسب فشرده می شود. اتصالات الکتریکی بین لایه سیم پیچ ها ایجاد می شود. سیم پیچ های چند لایه اولیه و ثانویه ساخته شده و به هم چسبانده می شوند. سوراخ‌هایی در سیم‌پیچ‌هایی ایجاد می‌شود که یک هسته فریت در آن نصب شده است، مشخصه آن این است که پیچ‌های سیم‌پیچ با لنت‌های تماس داخلی و خارجی با رسوب الکترولیتی مس بر روی سطح یک ماتریس گالوانوپلاستیک فلزی، که از قبل با یک مقاوم نوری پوشش داده شده است، ایجاد می‌شود. ماسک با الگوی مثبت چرخش سیم پیچ و پدهای تماسی، سیم پیچ ها در دو ردیف قرار می گیرند، در حالی که تعداد کلسیم پیچ ها برابر است با تعداد لایه های یک سیم پیچ چند لایه، مس به صورت الکترولیتی روی شکاف های ماسک فوتوریست به ضخامت معین رسوب می کند، سپس ریز زبری روی سطح آن ایجاد می شود، ماسک فوتوریست برداشته می شود و یک واشر چسبنده با پنجره ها روی سطح پیچ های مسی در محل لنت های تماس داخلی و خارجی قرار می گیرد، واشر در دمای پخت چسب به نوبت فشرده می شود و سیم پیچ های چاپی یک طرفه به دست می آید، خمیر لحیم کاری روی سطح اعمال می شود. از لنت های تماس داخلی و دوباره جریان می یابد، سپس ماتریس به دو قسمت تقسیم می شود که روی هر یک از آنها یک ردیف سیم پیچی یک طرفه وجود دارد، پس از آن هر دو قسمت با هم ترکیب می شوند و آنها را در بسته قرار می دهند، در حالی که ابتدا چسب قرار می گیرد. روی سطوح واشر اعمال می شود، سیم پیچ های یک طرفه به هم چسبانده می شوند و سیم پیچ های چاپی دو طرفه به دست می آیند، پس از آن ماتریس از یک طرف بسته جدا می شود، لنت های تماس داخلی لحیم می شوند، کنتاکت های لحیم شده با لاک عایق الکتریکی محافظت می شوند، سپس فقط یکی روی سیم پیچ دو طرفه ماتریس باقی می ماند و بقیه از ماتریس جدا می شوند، آنها به طور متوالی در یک بسته روی سیم پیچ باقی مانده روی ماتریس قرار می گیرند، ابتدا چسب روی ماتریس اعمال می شود. سطح سیم‌پیچ‌ها، لنت‌های تماس خارجی در یک ردیف روی ماتریس قرار می‌گیرند و با لحیم کاری دو به دو به هم متصل می‌شوند که از دومی شروع می‌شود و به ماقبل آخر ختم می‌شود، در این حالت اولین و آخرین لنت تماسی هستند. ابتدا و انتهای سیم پیچ چندلایه که پس از آن لنت های چسب بر روی لنت های تماس بیرونی قرار می گیرد و بسته فشرده می شود، یک سیم پیچ چاپی چند لایه به دست می آید، سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور تولید شده به این روش به هم چسبانده می شوند و پس از آن بسته می شود. دو طرف سیم پیچ ماتریس ها از هم جدا شده و پس از ایجاد سوراخ در سیم پیچ ها و نصب یک هسته فریت، یک ترانسفورماتور مسطح بر اساس یک تخته چند لایه به دست می آید.

این روش با نقاشی ها، شکل های 1-7 نشان داده شده است.

شکل 1 یک ماتریس آلومینیومی را نشان می دهد که سیم پیچی روی آن با پدهای تماسی می چرخد ​​و یک واشر عایق الکتریکی با پنجره ها ساخته شده است. واشر برای انتقال پیچ های مسی روی آن طراحی شده است تا سیم پیچ های یک طرفه را تشکیل دهد.

شکل 2 سیم پیچ های دو طرفه را نشان می دهد که پس از چسباندن سیم پیچ های یک طرفه به دست می آیند

شکل 3 یک سیم پیچ ثانویه چند لایه را نشان می دهد که از چسباندن سیم پیچ های دو طرفه تشکیل شده است.

شکل 4 سیم پیچ اولیه را نشان می دهد.

شکل 5 سیم پیچ ترانسفورماتور را نشان می دهد که پس از چسباندن سیم پیچ های اولیه و ثانویه با سوراخ برای نصب هسته به دست آمده است.

شکل 6 یک ترانسفورماتور مسطح را بر اساس یک برد مدار چاپی چند لایه نشان می دهد.

شکل 7 یک ترانسفورماتور مسطح را نشان می دهد که در یک برد مدار چاپی چند لایه ادغام شده است.

روش به شرح زیر اجرا می شود

پیچ های سیم پیچ مسی با پدهای تماسی با رسوب الکترولیتی مس بر روی سطح یک ماتریس گالوانوپلاستیک فلزی ایجاد می شود. از میان مجموعه وسیعی از ماتریس های گالوانوپلاستیک فلزی، موثرترین ماتریس برای حل مشکل، ماتریس آلومینیومی است. از آنجایی که از یک ماتریس آلومینیومی می توان هادی های مسی چاپ شده را از ماتریس به یک پایه دی الکتریک نازک منتقل کرد. همچنین امکان تخلیه محصولات مسی چاپ شده از ماتریس آلومینیوم وجود دارد. بنابراین، از ماتریس آلومینیومی می توان به طور همزمان پیچ های مسی چاپ شده سیم پیچ ها را به یک اسپیسر دی الکتریک منتقل کرد و پدهای تماس را از ماتریس جدا کرد. به عنوان ماتریس آلومینیوم 1 (شکل 1)، آلیاژ آلومینیوم نورد شده، به عنوان مثال، درجه D16T، با ضخامت 0.1-0.3 میلی متر، استفاده می شود. ماتریس برای پوشش فلز با آندایز کردن در اسید سولفوریک 4N با چگالی جریان 1A/dm2 آماده می شود. مواد ماسک مقاوم به نور بسته به ضخامت پیچ های سیم پیچ تولیدی استفاده می شود. برای پیچ های نازک تا 50 میکرون، می توان از یک فیلم مقاوم به نور استفاده کرد، به عنوان مثال، با نام تجاری SPF-VShch-2-50. برای پیچ های بیش از ضخامت 50 میکرون، از رنگ مقاوم در برابر گالوانیکی استفاده می شود، به عنوان مثال، نام تجاری STZ.13، که با چاپ صفحه اعمال می شود. یک ماسک مقاوم نوری 2 با الگوی مثبت پیچ های سیم پیچ 3 با پدهای تماس داخلی 4 و خارجی 5 روی سطح ماتریس 1 اعمال می شود (شکل 1). الگوی مقاومت نوری ماسک 2 از دو ردیف سیم پیچ 3 تشکیل شده است. تعداد سیم پیچ ها 3 در دو ردیف با تعداد لایه های یک سیم پیچ چندلایه مطابقت دارد. مس به صورت الکترولیتی بر روی نواحی خالی الگوی مقاومت نوری از یک الکترولیت سولفات اسیدی از ترکیب آبکاری مس در گرم در لیتر رسوب می‌کند: سولفات مس - 250، اسید سولفوریک - 70، چگالی جریان 4 A/dm 2، دما 2±20 درجه سانتی‌گراد. . پس از رسیدن به ضخامت معینی از رسوب مس، رسوب ناهمواری از مس بر روی سطح آن رسوب می‌کند که هدف آن افزایش استحکام چسبندگی بین پیچ‌های سیم‌پیچ‌ها و اسپیسر دی الکتریک 6 است. رسوب ناهموار در داخل رسوب می‌کند. حالت پالساز محلول ترکیب در گرم در لیتر: سولفات مس 35-45، اسید سولفوریک 180-200، دمای 22-26 درجه سانتی گراد، زمان رسوب 0.5 دقیقه، زمان مکث 0.025 دقیقه، چگالی جریان 6 A/dm 2. مدت زمان رسوب برای دستیابی به یک سطح ناهموار تا مقدار Ra 2 میکرومتر. سپس ماسک مقاوم به نور با حل کردن آن در حلال های مناسب از ماتریس 1 خارج می شود: فیلم مقاوم به نور در محلول قلیایی 5٪ و رنگ مقاوم در برابر گالوانیکی در یک حلال آلی، به عنوان مثال، اتیلن کلرید. پس از آن، یک واشر فایبر گلاس عایق الکتریکی 6، آغشته به چسب چسبنده زیر پلیمریزه شده، با دمای پخت 5 ± 155 درجه سانتیگراد، به عنوان مثال، با نام تجاری SP-1-01، روی کویل های مسی قرار می گیرد. در واشر 6، پنجره های 7 در محل لنت های تماس 4 و 5 بریده شده اند (شکل 1). ضخامت کل واشر 6 باید حداقل دو برابر ضخامت پیچ های 3 باشد ، زیرا هنگام فشار دادن واشرهای 6 به پیچ های مسی 3 ، دومی برای کل ضخامت پیچ در واشر 6 قرار می گیرد. واشرهای 6 در پیچ های 3 در دمای پخت چسب چسب فشرده می شوند. در این حالت سیم پیچ های یک طرفه 8 تشکیل می شود.خمیر لحیم کاری 9 به عنوان مثال درجه PP1 بر پایه لحیم کاری POS-61 با نقطه ذوب 190-230 درجه سانتی گراد روی سطح لنت های تماس داخلی اعمال می شود و خمیر لحیم در دمای 90-100 درجه سانتیگراد دوباره جریان می یابد. سیم پیچ های مجاور 3 در هر ردیف دارای چینش لنت های تماس داخلی 4 هستند که اگر سیم پیچ های مجاور روی هم قرار گیرند، لنت های تماس 4 بر هم منطبق می شوند و امکان اتصال آنها با لحیم کاری وجود دارد. در این حالت، پدهای تماس خارجی 5 سیم پیچ مجاور در فاصله ای برابر با گام بین پیچ های مجاور در سیم پیچ قرار می گیرند. برای ترکیب سیم پیچ های مجاور واقع در دو ردیف و تشکیل سیم پیچ های چاپی دو طرفه، ماتریس 1 به دو قسمت تقسیم می شود که روی هر یک از آنها یک ردیف سیم پیچ یک طرفه 8 وجود دارد. سپس قسمت های تقسیم شده ماتریس 1 قرار می گیرند. در بسته بندی مطابق با محل علامت های مرجع 10 در هر قسمت از ماتریس. بسته با استفاده از واشر 6 (شکل 2) که دارای پنجره های 7 در محل لنت های تماس 5 است، چسبانده شده است. در یک طرف بسته، ماتریس 1 جدا شده است، سپس لحیم کاری انجام می شود. مخاطبین داخلی 4 سیم پیچ مجاور. پس از آن کنتاکت های لحیم شده 4 با لاک عایق الکتریکی 11 پوشانده می شوند، به عنوان مثال، نام تجاری KO-926، و سیم پیچ های چاپی دو طرفه 12 به دست می آید. یک پد چسب 6 اینچ شکل 2 با ضخامت 0.06-0.1 میلی متر قرار می گیرد. روی سیم‌پیچ‌های دو طرفه 12 با پنجره‌های 7 در مکان‌هایی محل پدهای تماس خارجی 5 قرار گرفته و آن را زیر پرس در دمای پخت چسب بچسبانید. سیم پیچ یک طرفه 12 روی ماتریس باقی می ماند و بقیه از ماتریس جدا می شوند و به طور متوالی در کیسه ای بالای سیم پیچ 12 باقی مانده روی ماتریس قرار می گیرند.در این حالت پدهای تماس خارجی 5 در یک ردیف 13 روی ماتریس 1 (شکل 3). لنت های تماس 5 به صورت جفت با لحیم کاری با لحیم کاری با دمای ذوب بالاتر از دمای پخت چسب چسب متصل می شوند، برای مثال لحیم کاری POS-61. لنت ها از تماس دوم شروع شده و به پایان می رسند. در این مورد، اولین و آخرین پدهای تماسی 5 ابتدا و انتهای سیم پیچ چندلایه 14 هستند (شکل 3). تمام ردیف پدهای تماسی 13 با لنت های چسب به سطح ماتریس 1 فشار داده می شود تا به ضخامت بسته سیم پیچ چندلایه 14 برسد. سپس بسته در دمای پخت چسب فشرده می شود و سیم پیچ چندلایه ثانویه 14 به دست می آید. شکل 3). سیم پیچ اولیه 15 به طور مشابه ساخته می شود (شکل 4). سپس سیم پیچ های 14 و 15 زیر یک پرس به هم چسبانده می شوند. ماتریس 1 را از دو طرف سیم پیچ چاپی ترانسفورماتور جدا کنید. سپس سوراخ های 16 در سیم پیچ ترانسفورماتور، لازم برای نصب یک هسته فریت (شکل 5)، یک هسته فریت 17 در سیم پیچ نصب می شود (شکل 6)، که با صفحه 18 و یک ترانسفورماتور مسطح با چند لایه محکم می شود. تخته مدار چاپی 19.

امکان ادغام یک ترانسفورماتور مسطح 19 در یک برد مدار چاپی چندلایه بر این واقعیت استوار است که فناوری ساخت یک ترانسفورماتور مسطح و یک برد مدار چاپی چند لایه عملیات تکنولوژیکی مشابهی دارد. بنابراین، در ساخت ترانسفورماتور مسطح، سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه چسبانده می‌شوند و در ساخت برد مدار چاپی چندلایه، صفحات خالی از بردهای مدار چاپی یک طرفه یا دو طرفه به هم چسبانده می‌شوند. بنابراین، پیشنهاد می‌شود که سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتور و صفحات مدار چاپی چند لایه به طور همزمان چسبانده شوند. ویژگی متمایزچنین چسبانی به این صورت است که قبل از جدا شدن سیم پیچ ها از ماتریس انجام می شود (شکل 3 و شکل 4). بنابراین، سطح سیم پیچ ها از اثرات محلول های تهاجمی محافظت می شود که پس از چسباندن صفحات مدار چاپی چند لایه در فرآیند ساخت اتصالات بین لایه ای متالیزاسیون شیمیایی-گالوانیکی و همچنین هنگام ایجاد توپولوژی مس استفاده می شود. هادی های چاپ شده بر روی لایه های بیرونی توسط اچ شیمیایی دی الکتریک فویل. پس از اتمام ساخت یک برد مدار چاپی چند لایه، ماتریس ها از سطح سیم پیچ ها جدا می شوند. سوراخ هایی در سیم پیچ ها ایجاد می شود که یک هسته فریت 17 در آن نصب شده است (شکل 7). شکل 7 یک برد مدار چاپی چند لایه را نشان می دهد که یک ترانسفورماتور مسطح در آن یکپارچه شده است. همانطور که مشاهده می شود، سیم پیچ های ترانسفورماتور 14 و 15، و همچنین صفحات مدار چاپی چند لایه 21 و 22، با یک واشر 20 به هم چسبانده شده اند. در نتیجه، ترانسفورماتور مسطح 19 بر اساس برد مدار چاپی چند لایه 14 و 15 در برد مدار چاپی چند لایه 23 ادغام شده است.

بنابراین، روش توسعه‌یافته امکان تولید یک ترانسفورماتور مسطح بر اساس یک برد مدار چاپی چند لایه با قابلیت اطمینان عملیاتی بالا را فراهم می‌کند، زیرا اتصالات الکتریکی بین لایه‌ای با لحیم کاری پدهای تماس سیم‌پیچ‌های مجاور انجام می‌شود. علاوه بر این، این روش امکان تولید کویل هایی با ضخامت زیاد را فراهم می کند. این روش تعداد سیم پیچ های دو طرفه قرار داده شده در یک بسته را هنگام تشکیل یک سیم پیچ چند لایه محدود نمی کند، بنابراین می توان به نسبت تبدیل بهینه دست یافت. این روش برای تولید انبوه مناسب است، زیرا عملیات تکنولوژیکی اصلی این روش را می توان بر روی تجهیزات با کارایی بالا که توسط شرکت های صنعتی تسلط دارند انجام داد، یعنی: اعمال یک الگوی مقاوم به نور به ماتریس با استفاده از فوتولیتوگرافی، رسوب الکترولیتی مس بر روی مناطق خالی الگوی مقاومت نوری با تشکیل پیچ های مسی و پدهای تماسی، تشکیل تخته های مدار چاپی یک طرفه با انتقال مس مدار چاپیبر روی یک پایه عایق الکتریکی، تشکیل یک برد مدار چاپی چند لایه بر اساس بردهای مدار چاپی یک طرفه و دو طرفه. علاوه بر این، روشی برای ادغام یک ترانسفورماتور مسطح در یک برد مدار چاپی چند لایه در طول تولید مشترک آنها ایجاد شده است.

روش به شرح زیر انجام می شود.

مثال 1. یک ترانسفورماتور مسطح بر اساس یک برد مدار چاپی چند لایه با یک هسته فریت مینیاتوری از نوع E 14/3.5/5 ساخته می شود که در آن فضای آزاد برای قرار دادن سیم پیچ چند لایه 4 × 2 میلی متر است که در آن 4 میلی متر است. عرض فضای آزاد، و 2 میلی متر - ارتفاع. سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور توسط یک منبع جریان با ولتاژ 3 ولت تغذیه می شود. جریان مجاز در یک پیچ سیم پیچ ثانویه 0.25A است. سطح مقطع مورد نیاز پیچ های سیم پیچ ثانویه را بر اساس مقدار جریان مجاز عبور از هادی مسی چاپ شده که با رسوب گالوانیکی مس و برابر با 20 A/mm 2 است تعیین می کنیم. سطح مقطع پیچ مسی سیم پیچ ثانویه با جریان مجاز 0.25 A معادل 0.0125 میلی متر مربع است. سپس با عرض پیچ سیم پیچ ثانویه برابر با 0.25 میلی متر مربع، ضخامت پیچ 0.05 میلی متر است.

تعداد لایه های سیم پیچی را که می توان با توجه به ارتفاع فضای آزاد هسته، برابر با 2 میلی متر مرتب کرد، تعیین می کنیم. در فضای آزاد هسته لازم است سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور قرار گیرند که با واشر چسب به یکدیگر متصل می شوند. در این مورد، می توان فضای آزاد هسته را توزیع کرد: سیم پیچ اولیه - 0.6 میلی متر، ثانویه - 1.2 میلی متر، فاصله دهنده چسب - 0.2 میلی متر.

پیچ های مسی 3 که روی ماتریس 1 رسوب کرده اند، در واشر عایق الکتریکی 6 تا کل ضخامت پیچ 3 فشرده می شوند. بنابراین، ضخامت واشر 6 باید حداقل دو ضخامت پیچ 3 داشته باشد. ضخامت یک دور سیم پیچ ثانویه برابر با 0.05 میلی متر، ضخامت واشر باید برابر با 0.2 میلی متر باشد. بنابراین، ضخامت یک لایه سیم پیچ 0.2 میلی متر است. بنابراین تعداد لایه ها در سیم پیچ ثانویه با ضخامت 1.2 میلی متر شش لایه است. با شش لایه در سیم پیچ ثانویه و شش دور در یک لایه سیم پیچ، تعداد دور در سیم پیچ ثانویه سی و شش است. وقتی تعداد دورهای سیم پیچ اولیه 4 باشد، نسبت تبدیل 9 است. با ولتاژ ورودی سیم پیچ اولیه برابر با 3 ولت، ولتاژ خروجی سیم پیچ ثانویه زمانی که ترانسفورماتور بیکار است 27 ولت است. .

برای ساخت سیم پیچ ثانویه، شش لایه سیم پیچ با پدهای تماسی بر روی سطح ماتریس آلومینیومی ساخته می شود. آنها در دو ردیف با سه سیم پیچ در هر ردیف مرتب شده اند (شکل 1). هر سیم پیچ از 3 دور، 4 لنت تماس داخلی و 5 پد تماس خارجی تشکیل شده است که سطح قالب مورد نیاز برای ساخت 6 سیم پیچ از اندازه سطح مورد نیاز برای یک سیم پیچ معادل 14×18 میلی متر و فاصله بین سیم پیچ ها برابر با 30 تعیین می شود. میلی متر سطح روی ماتریس در نظر گرفته شده برای ساخت سیم پیچ ثانویه 58 × 145 میلی متر است. یک الگوی مقاوم نوری مثبت از شش سیم پیچ با پدهای تماسی با استفاده از فوتولیتوگرافی با استفاده از فیلم مقاوم به نور با نام تجاری SPF-VShch-2-50 روی سطح ماتریس اعمال می شود. مس از یک الکترولیت سولفات مس اسیدی با ضخامت 0.05 میلی‌متر به صورت الکترولیتی در نواحی شکاف الگوی مقاوم به نور رسوب می‌کند، سپس یک رسوب مس ناهموار از یک الکترولیت سولفات مس خالی از محتوای مس در حالت پالسی به صورت الکترولیتی رسوب می‌کند. سپس فیلم مقاوم به نور در یک محلول قلیایی ضعیف برداشته می شود. یک واشر فایبر گلاس 6 با ضخامت 0.2 میلی متر آغشته به چسب ترموست بر روی پیچ های مسی سیم پیچ ها قرار می گیرد. ابتدا پنجره های 7 در واشر در محل لنت های تماسی 4 و 5 بریده می شوند. پیچ های 3 سیم پیچ به داخل واشر فشار داده می شود و شش سیم پیچ یک طرفه 8 به دست می آید. خمیر لحیم کاری 9 روی لنت های تماس 4 و خمیر در دمای 90-100 درجه سانتیگراد ذوب می شود.

ماتریس 1 به دو بخش تقسیم می شود که هر بخش دارای یک ردیف سیم پیچ است. سپس، مطابق با علامت های مرجع 10، بخش های جدا شده از ماتریس ها در یک بسته (شکل 2) به گونه ای قرار می گیرند که لنت های تماس داخلی 4 سیم پیچ های مجاور برای اتصال بیشتر توسط لحیم کاری، و تماس خارجی منطبق شوند. پدهای 5 در نزدیکی و در فاصله ای مطابق با زمین بین پیچ ها قرار دارند (شکل 2). هر دو نیمه ماتریس 1 زیر یک پرس در دمای پخت چسب به هم چسبانده می شوند. سپس ماتریس تنها از یک طرف بسته جدا می شود. سپس لنت های تماس داخلی 4 سیم پیچ مجاور لحیم می شوند. کنتاکت های لحیم شده 4 با لاک عایق الکتریکی 11 محافظت می شوند و سه سیم پیچ دو طرفه 12 روی ماتریس 1 به دست می آیند. روی سطح تمام سیم پیچ ها 12، یک واشر 6 اینچی با ضخامت 0.1 میلی متر با پنجره 7 زیر یک چسب چسبانده شده است. در محل پدهای تماس 5 فشار دهید (شکل 2).

پس از آن، یک سیم پیچ دو طرفه 12 روی ماتریس 1 باقی می ماند و دو سیم پیچ دو طرفه از ماتریس جدا می شود. آنها به صورت متوالی در یک بسته با یک لایه چسب میانی روی سیم پیچ 12 باقی مانده روی ماتریس قرار می گیرند.در این مورد، پدهای تماس خارجی 5 هر سیم پیچ 12 در یک ردیف 13 روی ماتریس 1 قرار می گیرند (شکل 3). لنت های تماس 5 به صورت جفت با لحیم کاری با لحیم کاری با دمای ذوب بالاتر از دمای پخت چسب چسب متصل می شوند. اتصالات لحیم کاری دوتایی با کنتاکت دوم 5 شروع می شود و با کنتاکت ماقبل آخر 5 در ردیف 13 خاتمه می یابد. در این حالت اولین و آخرین لنت تماس ابتدا و انتهای سیم پیچ چندلایه ثانویه 14 هستند. سپس لنت های تماس 13 فشار داده می شوند تا ماتریس 1 با یک پد چسب. یک واشر تراز کننده روی آن قرار می گیرد تا به ضخامت بسته 14 برسد. پس از آن بسته در دمای پخت چسب فشرده می شود و یک سیم پیچ چندلایه ثانویه ترانسفورماتور مسطح به دست می آید که روی ماتریس 1 قرار دارد، شکل. 3.

سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور مسطح نیز به همین ترتیب ساخته می شود. ضخامت کل سیم پیچ اولیه 0.6 میلی متر است. سیم پیچ اولیه از دو لایه تشکیل شده است. ضخامت لایه سیم پیچ 0.3 میلی متر است. این امکان تولید چرخش سیم پیچ اولیه با ضخامت 0.1 میلی متر یا بیشتر را فراهم می کند. عرض فضای آزاد در هسته 4 میلی متر است و باید دو پیچ سیم پیچ اولیه در آن قرار داده شود، بنابراین با در نظر گرفتن فاصله بین پیچ ها، عرض پیچ می تواند برابر با 1 میلی متر باشد. همچنین برابر با 1 میلی متر است. سطح مقطع پیچ های سیم پیچ اولیه برابر با 0.1 میلی متر مربع است که مطابق با جریان مجاز در پیچ های سیم پیچ اولیه برابر با 2.5 A است. سطح هر سیم پیچ 14 × 18 میلی متر است. برای ساخت دو سیم پیچ یک طرفه از ماتریس آلومینیومی 1 به ابعاد 110×60 میلی متر استفاده می شود. رنگ مقاوم در برابر گالوانو به عنوان یک ماسک مقاوم به نور استفاده می شود که با چاپ صفحه اعمال می شود. سپس پیچ های مسی سیم پیچ ها به صورت الکترولیتی به ضخامت 0.1 میلی متر افزایش می یابد. لنت های تماس 4 سیم پیچ مجاور با لحیم کاری به هم متصل می شوند. دو تماس خارجی 5 به عنوان ابتدا و انتهای سیم پیچ اولیه عمل می کند (شکل 4). سپس سیم پیچ های 14 ثانویه و 15 اولیه در بسته ای با واشر میانی به ضخامت 0.2 میلی متر قرار می گیرند. سیم پیچ ها تحت فشار در دمای پخت چسب چسبانده می شوند. ماتریس های 1 را از دو طرف سیم پیچ ترانسفورماتور جدا کنید. سوراخ 16 (شکل 5) برای هسته 17 بریده شده است (شکل 6). هسته 17 نوع E 14/3.5/5 را نصب کنید. با صفحه 18 ثابت می شود و یک ترانسفورماتور مسطح بر اساس یک برد مدار چاپی چند لایه 19 با ولتاژ ورودی 3 ولت و ولتاژ خروجی 27 ولت به دست می آید.

مثال 2. پارامترهای یک هسته فریت مناسب برای یک ترانسفورماتور مسطح مبتنی بر یک برد مدار چاپی چند لایه با ولتاژ کاری 100 ولت و جریان بار کوتاه مدت 100 آمپر تعیین می شود. ترانسفورماتور توسط یک منبع جریان با ولتاژ 12 ولت. ترانسفورماتور مسطح طبق روش مثال 1 ساخته شده است.

تعیین اندازه فضای آزاد در هسته فریت ضروری است که می تواند سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور و فاصله دهنده چسب بین آنها را در خود جای دهد.

اندازه سیم پیچ های ثانویه و اولیه ترانسفورماتور را تعیین کنید. با دانستن مقدار ولتاژ خروجی ترانسفورماتور و مقدار ولتاژ تغذیه، نسبت تبدیل را برابر با 8 تعیین می کنیم. فرض می کنیم که تعداد دور سیم پیچ اولیه چهار است، سپس تعداد دور سیم پیچ ثانویه است. سی و دو است. سطح مقطع سیم پیچ ثانویه باید با مقدار جریان کوتاه مدت 100 A مطابقت داشته باشد. در جریان 100 A، سطح مقطع پیچ باید 2.5 میلی متر مربع باشد. بنابراین با عرض سیم پیچ 3 میلی متر ضخامت آن 0.83 میلی متر است. فاصله بین پیچ ها نیز 3 میلی متر است، بنابراین هر پیچ به فضایی به عرض 6 میلی متر نیاز دارد. با چهار چرخش در یک لایه سیم پیچ، عرض فضای آزاد در هسته 24 میلی متر مورد نیاز است.

از آنجایی که در سیم پیچ ثانویه سی و دو پیچ وجود دارد، می توان آنها را در هشت لایه سیم پیچ، چهار دور در هر سیم پیچ مرتب کرد.

ارتفاع مورد نیاز فضای آزاد در هسته با مجموع ضخامت های سیم پیچ اولیه و ثانویه و ضخامت فاصله دهنده چسب تعیین می شود. ضخامت سیم‌پیچ ثانویه با مجموع هشت ضخامت واشرهایی که پیچ‌های مسی سیم‌پیچ‌ها در آن فشرده می‌شوند، تعیین می‌شود. با ضخامت کویل مسی 0.83 میلی متر، ضخامت واشر 2 میلی متر است. سپس ضخامت سیم پیچ ثانویه 16 میلی متر است.

ضخامت سیم پیچ اولیه را تعیین کنید. عرض فضای آزاد در هسته برای سیم پیچ های ثانویه و اولیه یکسان و برابر با 24 میلی متر است. سیم پیچ اولیه شامل چهار چرخش در دو لایه است. بنابراین، در یک لایه سیم پیچ دو پیچ با عرض پیچ 6 میلی متر وجود دارد که فاصله بین پیچ ها نیز 6 میلی متر است. با ضخامت کویل 0.5 میلی متر، ضخامت واشر 2 میلی متر است. سپس ضخامت سیم پیچ اولیه 4 میلی متر است. اگر ضخامت لنت چسب 0.2 میلی متر باشد، ارتفاع کل فضای آزاد در هسته برای قرار دادن سیم پیچ ترانسفورماتور باید 20.2 میلی متر باشد. بنابراین، یک هسته فریت با فضای آزاد 24x20.2 میلی متر برای یک ترانسفورماتور مسطح با قدرت بالا مناسب است.

ما ابعاد هسته فریت W شکل را تعیین می کنیم (شکل 6). طول هسته فریت W شکل شامل دو بخش برای قرار دادن سیم پیچ چاپی چند لایه ترانسفورماتور است که در دو طرف میله مرکزی قرار دارد، شکل 6. با عرض میله مرکزی 10 میلی متر و میله های جانبی 5 میلی متر، طول کل ترانسفورماتور مسطح (24×2)+10+(5×2)=68 میلی متر است. ارتفاع یک هسته فریت شامل ارتفاع فضای آزاد هسته و ضخامت قسمت اصلی هسته است که میله های مرکزی و جانبی از آن خارج می شوند. با ارتفاع فضای آزاد هسته برابر با 20.2 میلی متر، ضخامت قسمت اصلی هسته برابر با 6 میلی متر، ارتفاع هسته فریت 26.2 میلی متر است.

بنابراین، هسته فریت W شکل برای یک ترانسفورماتور مسطح قدرتمند با ولتاژ خروجی 100 ولت و جریان 100 A، که توسط منبع جریان 12 ولت تغذیه می شود، دارای ابعاد 68/26.2/50 میلی متر است. هنگام استفاده از یک هسته نوع E برای یک سیستم E-E، هسته از نوع E68/13.1/50 خواهد بود.

مثال 3. یک برد مدار چاپی چند لایه با یک ترانسفورماتور مسطح یکپارچه در آن ساخته می شود.

یک برد مدار چاپی چند لایه با استفاده از روش پرس جفتی ساخته می شود. چرا دو کاغذ خالی از فویل دی الکتریک در هر دو طرف بگیرید. در داخل هر قطعه کار، یک توپولوژی مدار چاپی مسی با اچ کردن فویل در مناطقی که توسط یک ماسک مقاوم به نور محافظت نمی شود ایجاد می شود. سپس در هر قطعه کار سوراخ هایی ایجاد می شود و فلزی شدن آنها با رسوب شیمیایی-گالوانیکی مس انجام می شود. پس از این، قطعات کار به هم چسبانده می شوند.

با استفاده از فناوری مثال 1، سیم پیچ اولیه 15 و سیم پیچ ثانویه 14 بر روی ماتریس 1 ساخته شده است (شکل 3 و شکل 4) که در معرض چسباندن نیز هستند. یک پد فایبرگلاس 20 (شکل 7) آغشته به چسب را بردارید که در دو طرف آن صفحات مدار چاپی چندلایه 21 و 22 و همچنین سیم پیچ های 14 و 15 گذاشته شده است. بسته در دمای پخت پرس می شود. چسب. سپس ساخت برد مدار چاپی چندلایه 23 به پایان می رسد، که برای آن سوراخ هایی برای ایجاد گذرگاه های بین لایه ای ایجاد می شود و آنها در معرض متالیزاسیون شیمیایی-گالوانیکی قرار می گیرند. سپس توپولوژی مدار چاپی مسی بر روی لایه‌های بیرونی برد با حکاکی فویل در مناطقی که توسط ماسک مقاوم به نور محافظت نمی‌شوند ایجاد می‌شود. در فرآیند تکمیل ساخت برد مدار چاپی چند لایه، سیم‌پیچ‌های 14 و 15 ترانسفورماتور مسطح توسط ماتریس 1 از اثرات محلول‌های تهاجمی محافظت می‌شوند. پس از تکمیل ساخت برد چند لایه 23، ماتریس‌ها از هم جدا می‌شوند. از سیم پیچ های 14 و 15، سوراخ هایی برای نصب هسته فریت 17 ایجاد می شود. هسته فریت 17 نصب می شود، یک صفحه فریت 18 به آن متصل می شود. یک ترانسفورماتور مسطح 19 به دست می آید که در یک برد مدار چاپی چند لایه 23 ادغام شده است.

نتیجه فنی

روش پیشنهادی امکان تولید یک ترانسفورماتور مسطح با قابلیت اطمینان عملیاتی بالا را فراهم می کند، زیرا اتصالات بین لایه ای یک سیم پیچ چاپی چندلایه با لحیم کردن پدهای تماس با استفاده از لحیم نسوز به دست می آید. این روش امکان تولید پیچ ​​های سیم پیچی با ضخامت زیاد و در نتیجه با مقدار عرضی زیاد پیچ ​​و در نتیجه با جریان مجاز زیاد در پیچ را فراهم می کند.

عدم وجود محدودیت در تعداد سیم پیچ های دو طرفه که سیم پیچ های چند لایه از آنها ساخته می شود، امکان پر کردن کامل فضای آزاد هسته و دستیابی به تعداد بهینه چرخش در یک سیم پیچ چند لایه را فراهم می کند.

این روش امکان ادغام یک ترانسفورماتور مسطح را در یک برد مدار چاپی چند لایه در طول تولید مشترک آنها فراهم می کند. بر اساس روش پیشنهادی، امکان تولید انبوه ترانسفورماتورهای مسطح بر اساس برد مدار چاپی چند لایه وجود دارد.

منابع اطلاعاتی

1. روش تشکیل سلف های مسطح. چکیده اختراع روسی، درخواست 93006715/07 مورخ 03.02.1993، انتشار 20.04.1995.

2. ترانسفورماتور مسطح مبتنی بر مدار چاپی چند لایه. اجزا و فناوری ها 1382، شماره 6»، صص 106-112. نمونه اولیه.

3. آبکاری. م.: متالورژی، 1366، صص 572-573.

6. تکنولوژی برد مدار چاپی چند لایه. م.: رادیو و ارتباطات، 1369، ص 63، 74.

7. تکنولوژی برد مدار چاپی چند لایه. م.: رادیو و ارتباطات، 1369، ص46.

8. تکنولوژی برد مدار چاپی چند لایه. م.: رادیو و ارتباطات، 1369، ص38.

9. نصب سطحی. م.: مؤسسه انتشارات استاندارد، 1370، ص28.

10. کتابچه راهنمای مواد الکتریکی. م.: انرژی، 1974، ص253.

11. فدولووا A.A. بردهای مدار چاپی چند لایه. م.: رادیو شوروی، 1977، ص 183-193.

12. آرنکوف A.B. عناصر چاپی و فیلم تجهیزات رادیویی الکترونیکی. ل: انرژی، 1971، ص19.

1. روشی برای ساخت ترانسفورماتور مسطح بر اساس یک برد مدار چاپی چند لایه، شامل ساخت پیچ های مسی سیم پیچ ها با پدهای تماسی مطابق با الگوی چاپ شده مقاوم در برابر نور، که روی آن سیم پیچ ها در بخش های مستطیلی جداگانه قرار می گیرند، سپس سیم پیچ ها. در بسته ای قرار می گیرند که لنت های چسبی بین سیم پیچ ها قرار داده شده است، فشار دادن بسته در دمای پخت چسب انجام می شود، اتصالات الکتریکی بین لایه سیم پیچ ها ایجاد می شود، سیم پیچ های چندلایه اولیه و ثانویه ساخته می شوند و آنها را به هم می چسبانیم، سوراخ هایی در سیم پیچ ها ایجاد می کنیم که در آنها ایجاد شود. یک هسته فریت نصب شده است، مشخصه آن این است که چرخش سیم‌پیچ‌ها با لنت‌های تماس داخلی و خارجی با رسوب الکترولیتی مس بر روی سطح یک ماتریس گالوانوپلاستیک فلزی ایجاد می‌شود که از قبل با یک ماسک مقاوم به نور با الگوی مثبت پوشش داده شده است. به دور سیم پیچ ها و پدهای تماسی، سیم پیچ ها در دو ردیف قرار می گیرند که تعداد کل سیم پیچ ها برابر با تعداد لایه های یک سیم پیچ چند لایه است؛ مس به صورت الکترولیتی روی نواحی شکاف ماسک مقاوم به نور به ضخامت معینی رسوب می کند. میکرو زبری روی سطح آن ایجاد می شود، ماسک مقاوم به نور برداشته می شود و یک واشر چسبدار با پنجره ها روی سطح پیچ های مسی در محل لنت های تماس داخلی و خارجی قرار می گیرد، واشر به پیچ های چسب فشار داده می شود. دمای پخت و سیم‌پیچ‌های چاپی یک طرفه به دست می‌آید، روی سطح خمیر لحیم کاری پدهای تماس داخلی اعمال می‌شود و جریان مجدد آن انجام می‌شود، سپس ماتریس به دو قسمت تقسیم می‌شود که روی هر یک از آنها یک ردیف از یک ردیف وجود دارد. سیم‌پیچ‌های یک‌طرفه، پس از آن هر دو قسمت با هم ترکیب می‌شوند، آنها را در کیسه‌ای قرار می‌دهیم، در حالی که ابتدا روی سطوح واشرها چسب زده می‌شود، سیم‌پیچ‌های یک طرفه به هم می‌چسبند و سیم‌پیچ‌های چاپی دو طرفه به دست می‌آیند و پس از آن ماتریس می‌شود. از یک طرف بسته جدا می شود ، لنت های تماس داخلی لحیم می شوند ، کنتاکت های لحیم شده با لاک عایق الکتریکی محافظت می شوند ، سپس فقط یک سیم پیچ دو طرفه روی ماتریس باقی می ماند و بقیه از ماتریس جدا می شوند. آنها به طور متوالی در بسته بندی روی سیم پیچی که روی ماتریس باقی مانده است قرار می گیرند ، ابتدا چسب روی سطح سیم پیچ ها اعمال می شود ، لنت های تماس خارجی در یک ردیف روی ماتریس قرار می گیرند و با لحیم کاری به صورت جفت وصل می شوند ، از دومی شروع می شود. و به ماقبل آخر ختم می شود، در حالی که اولین و آخرین پدهای تماسی ابتدا و انتهای سیم پیچ چندلایه هستند، پس از آن پدهای تماس خارجی با پدهای چسبی گذاشته شده و بسته فشرده می شود، یک سیم پیچ چاپی چند لایه به دست می آید، سیم‌پیچ‌های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور به این ترتیب ساخته می‌شوند، به هم چسبانده می‌شوند، پس از آن ماتریس‌ها از دو طرف سیم‌پیچ جدا می‌شوند و پس از ایجاد سوراخ در سیم‌پیچ‌ها و نصب یک هسته فریت، یک ترانسفورماتور مسطح بر اساس تخته چند لایه به دست می‌آید.

2. روش طبق ادعای 1، مشخص می شود که چسباندن سیم پیچ های اولیه و ثانویه ترانسفورماتور مسطح به طور همزمان با چسباندن لایه های خالی لایه های برد مدار چاپی چند لایه با استفاده از یک واشر مشترک انجام می شود، سپس تولید بیشتر برد مدار چاپی چندلایه با تشکیل توپولوژی مدار مسی با اچ دی الکتریک فویل و ایجاد اتصالات الکتریکی بین لایه ای توسط متالیزاسیون شیمیایی-گالوانیکی انجام می شود، در طی این عملیات سیم پیچ های ترانسفورماتور از اثر محلول های تهاجمی محافظت می شوند. یک ماتریس؛ پس از ساخت یک برد مدار چاپی چند لایه، ماتریس ها از سطح سیم پیچ ها جدا شده، سوراخ هایی در آنها ایجاد می شود، یک هسته فریت نصب می شود و یک ترانسفورماتور مسطح ادغام شده در برد مدار چاپی چند لایه به دست می آید.

اختراعات مشابه:

این اختراع مربوط به مهندسی برق و رادیو است و می تواند در ساخت ترانسفورماتور مسطح که برای دستگاه های برقی و مهندسی رادیویی قابل حمل در نظر گرفته شده است استفاده شود.

کاربرد مسطح ترانسفورماتورهای قدرتو تخته روی یک بستر دورالومین در منابع مدرنتغذیه ویاچسلاو ماکاروف
الکساندر روشیخین

الزامات مدرن برای کاهش اندازه و وزن منابع تغذیه سوئیچینگ، توسعه دهنده را مجبور می کند تا بین قیمت و ابعاد آن سازش پیدا کند تا به کاهش وزن و افزایش راندمان دست یابد. تقریباً همه چیز قبلاً برای کوچک سازی منابع تغذیه سوئیچینگ ساخته شده است - تراشه های کنترل ویژه ساخته شده اند ، سوئیچ های عظیم با تلفات کم و به نظر می رسد طراحی تا کوچکترین جزئیات کار شده است.

در عین حال برای ترانسفورماتورهای قدرت و چوک ها باید از قطعات سیم پیچی سنتی استفاده کرد که با توجه به قاب مورد استفاده باعث افزایش جرم و ابعاد منبع تغذیه می شود.

یکی دیگر از مشکلات رایج، تولید گرمای زیاد منابع تغذیه، سوئیچ‌های عظیم و بردهای قدرت برای کنترل درایوهای موتور الکتریکی است - تمام آن بخش‌هایی از تجهیزات رادیویی که ما آنها را الکترونیک قدرت می‌نامیم. همچنین باید بالاترین ولتاژهای کاری و پتانسیل دستگاه های مشابه را نیز به این موضوع اضافه کنیم.

اما فناوری های مدرن برد مدار چاپی که توسط شرکت مشترک روسیه و سوئد NKAB-ERIKON در بازار روسیه به نمایش گذاشته شده و توسط شرکت روسی MMP IRBIS به صورت تولید انبوه اجرا شده است، امکان افزایش قابلیت اطمینان و ساخت قطعات القایی هر قدرتی را فراهم می کند. منبع و حرارت اضافی را بردارید.

ترانسفورماتورهای قدرت مسطح (شکل 1) که برای اولین بار در اواخر دهه 80 توسعه یافتند، به دلیل فناوری پیچیده تولید، که امروزه پیچیده باقی مانده است، به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفتند.

برنج. 1. ترانسفورماتور مسطح

اما بهبود مداوم فرآیند تکنولوژیکی V سال های گذشتهاین امکان را به وجود آورد که قیمت ترانسفورماتورهای قدرت و چوک ها را به میزان قابل توجهی کاهش داد و آنها را در بازار رقابتی کرد بازار مدرنمنابع برق

مزایای آنها در مقایسه با محصولات سیمی کلاسیک:

• وزن سبک - 15 گرم در هر 100 وات قدرت؛
• قابلیت اطمینان بالا به خصوص؛
• اندوکتانس نشتی کم، تلفات کم در بالاترین فرکانس؛
• محدوده فرکانس کاری گسترده: از 50 کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز؛
• راندمان بیش از 98 درصد و خنک کننده خوب سازه امکان انتقال توان از 10 وات به واحدهای کیلووات را فراهم می کند.
• دمای کار از -40 تا +130 درجه سانتیگراد؛
• ولتاژهای کاری بین سیم پیچ ها بیش از 1000 ولت است.
• تکرارپذیری عالی ویژگی ها به دلیل تکنولوژی تولید استفاده شده؛
• امکان مونتاژ خودکار؛
• ارتفاع ترانسفورماتور کم توان، سازگار با اجزای SMD.
• در صورت لزوم، ارتفاع را می توان با استفاده از سیم پیچ پلی آمید کاهش داد (شکل 2).
• توانایی افزایش قدرت ترانسفورماتور قدرت با استفاده از بسته های سیم پیچ (شکل 3).

برنج. 2. سیم پیچ پلی آمیدی

برنج. 3. بسته های سیم پیچ ترانسفورماتور قدرت

در حال حاضر معرفی ترانسفورماتورهای مسطح در نسخه های تک بر اساس قضاوت آنها نامناسب باقی مانده است. بالاترین قیمت. اما در حال حاضر در یک دسته این قیمت قابل استفاده است و در تولید انبوه به طور قابل توجهی کمتر از قیمت آنالوگ های معمولی است. با همه اینها، شایستگی صفات غیرقابل انکار است.

با استفاده از چشم انداز جدید، MMP "IRBIS" آخرین سری از منابع تغذیه SMP50...SMP150 را با معرفی قطعات مغناطیسی بدون فریم با ویژگی های فنی و انرژی بعدی توسعه داده است (جدول، شکل 4 را ببینید).

برنج. 4. نمودار بازده در مقابل توان خروجی برای ماژول SMPE150S (Uout = 15 V) در Uin = 48 V

جدول. مشخصات فنی پاور ماژول های SMP50...SMP150

یک مبدل فرکانسولتاژ این سری از ماژول های قدرت بر اساس مدار دو ترانسفورماتور نشان داده شده در شکل ساخته شده است. 5.

برنج. 5. مبدل ولتاژ فرکانس
مزایای این طرح عبارتند از:

سوئیچینگ "نرم" ترانزیستورهای قدرت، عدم وجود نوسانات ولتاژ در آنها و در نتیجه امکان استفاده بیشتر ترانزیستورهای ولتاژ پایینبا کوچکترین Rdson;

چرخه کامل معکوس مغناطیسی هسته ترانسفورماتور قدرت (کار در ربع اول و سوم صفحه B-H)؛

طیف گسترده ای از جریان های بار عملیاتی از بی باری تا Inmax.

بالاترین راندمان

علاوه بر این، در مدار ترکیبی هیچ چوک خروجی وجود ندارد؛ نقش آن توسط فلایبک ترانس چوک T2 ایفا می‌شود که از نظر مشخصات شبیه به ترانسفورماتور قدرت جلو T1 است که فرآیند تولید را ساده و یکسان می‌کند.

ترانسفورماتورهای قدرت T1 و T2 بر روی هسته های مسطح ELP22 (مواد N87) ساخته شده اند، سیم پیچ چند لایه است. مدار مجتمع. مزایای ضروری اجزای مغناطیسی مسطح عبارتند از:

• اندازه های کوچک؛
• اندوکتانس نشتی کم؛
• تکرارپذیری خوب خصوصیات؛
• ویژگی های اتلاف حرارت بهتر

اندازه‌گیری ویژگی‌های عملکرد ترانسفورماتورهای مسطح با سیم‌پیچ‌هایی که بر اساس برد مدار چاپی چندلایه ساخته شده‌اند نشان می‌دهد که مقاومت حرارتی این دستگاه‌ها در مقایسه با ترانسفورماتورهای قدرت معمولی با سیم‌پیچ برای همان حجم هسته موثر Ve به طور قابل‌توجهی کمتر است. این با نسبت بالاتر سطح هسته به حجم آن توجیه می شود. بنابراین، ترانسفورماتورهای مسطح با داشتن ظرفیت خنک کنندگی افزایش یافته، می توانند با چگالی توان خروجی بالاتری کنترل شوند و در عین حال افزایش دما را در محدوده قابل قبول نگه دارند.

بر اساس اطلاعات اولیه ارائه شده توسط متخصصان شرکت MMP IRBIS، طراحی و ساخت بردهای مدار چاپی چند لایه برای ترانسفورماتورهای قدرت T1, T2 توسط شرکت روسی NKAB-ERIKON انجام شده است. پیچ های سیم پیچ اولیه و ثانویه در چندین لایه برد مدار چاپی با یک دور در یک لایه قرار می گیرند. عایق گالوانیکی 1500 ولت بین سیم پیچ اولیه و ثانویه ارائه می شود.

برای چنین آثار مس مسطحی، تلفات در مس است جریان متناوببه دلیل اثر پوستی و اثر مجاورت، کمتر از سیم گرد با سطح مقطع یکسان است. اما، در صورت امکان، لازم است از ورود پیچ ​​های سیم پیچ به ناحیه شکاف، جایی که القاء بیشترین مقدار را دارد و عمود بر صفحه سیم پیچی جهت گیری می کند، جلوگیری کرد.

یکی بیشتر چیز مثبتاین خواهد بود که وقتی سیم‌پیچ‌ها روی هم قرار می‌گیرند، جفت مغناطیسی بهبود می‌یابد و مقادیر ضریب جفت نزدیک به 100٪ قابل دستیابی است.

بنابراین، استفاده عملی از ترانسفورماتورهای مسطح با بردهای مدار چاپی چند لایه (شکل 6) همراه با موثر مدار الکترونیکی(شکل 5) امکان دستیابی به بالاترین چگالی توان 3390 W/dm3 با ابعاد کلی ماژول قدرت 61O58O12.5 میلی متر را تایید کرد. زمینه های اجرایی پیشنهادی:

برنج. 6. نمونه ای از استفاده از برد مدار چاپی چند لایه به عنوان سیم پیچ ترانسفورماتور قدرت برای ماژول قدرت SMPE150S

برنج. 7. ترانسفورماتورهای قدرت برای مصارف عمومی صنعتی و نظامی

برنج. 8. ترانسفورماتورهای سیگنال برای سیستم های مخابراتی

قابل اجرا در الکترونیک قدرتبرای از بین بردن گرما، تخته های روی یک بستر دورالومین ساختاری (شکل 9) ساخته شده از یک بستر حذف کننده حرارت، یک دی الکتریک و یک لایه فویل مس هستند. طراحی می تواند چند لایه و دارای vias باشد. بستر هیت سینک معمولا از دورالومین ساخته می شود. این بسیار ارزان تر از پلی کور یا تیتالان (Al + Ti2O3) است و می تواند در تولید انبوه استفاده شود. علاوه بر این، به شما امکان می دهد تا چند برابر افزایش دهید بار فعلیهادی های برد مدار چاپی

برنج. 9. تخته روی یک بستر دورالومین

یک لایه دی الکتریک با ضخامت 50-150 میکرون ولتاژ شکست 6-14 کیلو ولت و هدایت حرارتی 1.1-2.2 kW/(m2°C) را فراهم می کند. ضخامت فویل مس 35-350 میکرون است. فرآیند تولید این بردهای مدار چاپی مشابه فرآیند FR4 است، اما دارای ویژگی‌های طراحی مرتبط با استفاده از فویل ضخیم و معمولاً ولتاژ بالا در مدارهای قدرت است.

در شکل شکل 10 نمونه ای از ساخت یک واحد REA با استفاده از دی الکتریک توصیف شده را نشان می دهد.

برنج. 10. نمونه ای از طراحی واحد EDM

ترانسفورماتورها و چوک های مسطح پیتون (2005)

یکی از وظایف اصلی در هنگام توسعه ترانسفورماتور کاهش ابعاد کلی آن در عین افزایش همزمان توان موثر است. امروزه، ترانسفورماتور تولد دوم را تجربه می کند - فناوری سنتی ساخت ترانسفورماتور با فناوری جدید مسطح جایگزین می شود. اصل ساخت دستگاه های الکترومغناطیسی با استفاده از فناوری جدید، استفاده از بردهای مدار چاپی به جای مونتاژ قاب و سیم پیچی است. نقش سیم پیچ در فناوری مسطح توسط آهنگ های چاپ شده روی تخته بازی می شود. تخته ها در چندین لایه قرار می گیرند، توسط مواد عایق از هم جدا می شوند و در یک هسته فریت محصور می شوند.

تکنولوژی مسطح
تا اواسط دهه 1980، فناوری‌های ترانسفورماتور مسطح عمدتاً به پیشرفت‌ها در صنایع نظامی، هوانوردی و فضایی محدود می‌شد. در خاستگاه کاربرد تجاری فعال فناوری های مسطح، الکس استروف بود که در سال 1986 اطلاعاتی را در مورد پیشرفت های خود در زمینه ترانسفورماتورهای مسطح که در فرکانس تشدید 1 مگاهرتز کار می کنند منتشر کرد. انتظار می رفت این ایده موفقیت آمیز باشد. مدتی بعد، A. Estrov شرکتی را تشکیل داد (امروزه آن را Payton Power Magnetics Ltd. می نامند) که تولید انبوه ترانسفورماتورهای صفحه قدرت و چوک ها را راه اندازی کرد.
فناوری مسطح چیست و چرا قابل توجه است؟ بیایید مثالی را در نظر بگیریم که اصل ساخت ترانسفورماتورهای مسطح را توضیح می دهد (شکل 1). شکل ترانسفورماتور جدا شده را نشان می دهد. این شامل چندین صفحه با پیچ های سیم پیچی است که روی آنها اعمال می شود و صفحات عایق که صفحات سیم پیچ را از یکدیگر جدا می کند. سیم پیچ ترانسفورماتور به صورت آهنگ روی برد مدار چاپی یا بخش هایی از مس چاپ شده روی برد ساخته می شود. همه لایه ها روی هم قرار می گیرند و توسط دو قطعه هسته فریت نگه داشته می شوند.
تمایل به کاهش ابعاد کلی در عین افزایش قدرت، هدف اصلی توسعه مدرن است دستگاه های قدرت. در عین حال، ترانسفورماتورهای مسطح، برخلاف ترانسفورماتورهای سنتی، نسبتاً بزرگ هستند منطقه موثرخنک کننده و خنک کردن آنها آسان تر است - می توانید از گزینه های مختلفی استفاده کنید: رادیاتور طبیعی، اجباری، یک طرفه و دو طرفه، خنک کننده مایع.
یکی دیگر از ویژگی های مثبت دستگاه های مسطح، تغییرات اندک در پارامترهای الکتریکی از دستگاهی به دستگاه دیگر است. یک ترانسفورماتور با سیم پیچی دارای پارامترهای زیادی است، زیرا سیم در طول فرآیند سیم پیچی به طور ناهموار روی قاب قرار می گیرد، که نمی تواند بر پارامترهای دستگاه (به عنوان مثال، اندوکتانس، فاکتور کیفیت) تأثیر بگذارد. ترانسفورماتورهای مسطح بر اساس بردهای مدار چاپی چند لایه مونتاژ می شوند. هر تخته با استفاده از روش مشابه ساخته شده است. آهنگ های روی تابلوها نیز چاپ شده است. اچ کردن تخته ها همیشه یکسان است. خطاهای پارامترهای یک ترانسفورماتور مسطح صدها برابر کمتر از خطاهای یک ترانسفورماتور سنتی با سیم پیچی است.
ترانسفورماتورهای مسطح برای سیستم های مخابراتی، کامپیوترها، سیستم های اویونیک هواپیما، منابع تغذیه، ماشین های جوشکاری، سیستم های گرمایش القایی ایده آل هستند - یعنی. هر جا که به ترانسفورماتورهای قدرت با راندمان بالا و ابعاد کوچک نیاز باشد.
مزایای اصلی ترانسفورماتورهای مسطح:
قدرت بالابا ابعاد کلی کوچک (10 وات - 20 کیلو وات)؛
بازدهی بالادستگاه ها (97-99٪)؛
محدوده دمای عملیاتی گسترده: از -40 تا +130 درجه سانتیگراد.
قدرت دی الکتریک دستگاه ها 4-5 کیلو ولت؛
اندوکتانس نشتی کم؛
محدوده فرکانس کاری دستگاه های مسطح از 20 کیلوهرتز تا 2.5 مگاهرتز است.
قدرت بالا با ابعاد کوچک: ترانسفورماتورهای مسطح معمولاً از یک تا هفت سیم پیچ هستند.
گسترش اندک پارامترها در طول تولید سریال دستگاه ها؛
خیلی سطح پایینتداخل الکترومغناطیسی؛
ابعاد و وزن کم

ترانسفورماتورهای مسطح پیتون
پیتون طیف وسیعی از ترانسفورماتورهای مسطح را با توان 5 وات تا 20 کیلو وات تولید می کند. ترانسفورماتورهای پیتون، از نظر اندازه کوچک (شکل 2)، قادر به کار در آن هستند ظرفیت های بالاو عملکرد حرارتی خوبی را ارائه می دهد. جدول 1 داده هایی را در مورد اندازه توان، وزن و اندازه هسته ارائه می دهد.

خط تولید Payton شامل دستگاه هایی است که در سطوح مختلف توان برای استفاده در تجهیزات مخابراتی، منابع تغذیه، مبدل های ولتاژ AC/DC و DC/DC و غیره رتبه بندی شده اند. جدول 2 مشخصات اصلی برخی از انواع ترانسفورماتورهای مسطح را از پیتون ارائه می دهد.
در ابتدا، توسعه دهندگان Payton بر تولید ترانسفورماتورها فقط برای منابع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) برای استفاده در دستگاه های جوشو سیستم های گرمایش القایی با این حال، در حال حاضر آنها تقریبا در همه جا استفاده می شود.
ترانسفورماتورهای مدرن Payton برای استفاده در SMPS برای ماشین های جوشکاری ایده آل هستند. ترانسفورماتورها کاملاً در ساختار منبع قرار می گیرند و عمر طولانی را تضمین می کنند. مشخص است که دستگاه های جوشکاری SMPS مقادیر بسیار بالایی از جریان خروجی تولید می کنند. بنابراین، در بیشتر موارد فقط چند چرخش ثانویه وجود دارد. بنابراین ترانسفورماتورهای مسطح برای جریان های بالا مناسب هستند و می توان از آنها در تجهیزات جوشکاری استفاده کرد. استفاده از ترانسفورماتورهای مسطح می تواند اندازه و وزن دستگاه نهایی را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

ترانسفورماتور مسطح همچنین به خوبی در ساختار منابع تغذیه برای سیستم های گرمایش القایی قرار می گیرد. برای این منظور، به عنوان مثال، یک ترانسفورماتور 20 کیلووات (شکل 3) با ابعاد 180x104x20mm تولید شد.
پیتون پاور مغناطیسی ترانسفورماتورهای سربی را برای به طرق مختلفنصب: گزینه هایی هم برای نصب سطحی و هم از طریق نصب بر روی برد مدار چاپی امکان پذیر است. سطوح صاف هسته ها برای نصب خودکار مناسب هستند. علاوه بر این، دستگاه هایی با پایانه هایی برای نصب روی سطح وجود دارد.

چوک های مسطح پیتون
پیتون طیف گسترده ای از چوک ها را با استفاده از فناوری مسطح تولید می کند. پیتون مانند ترانسفورماتورها خفه می شود اندازه های کوچکقدرت قابل توجهی را فراهم می کند. چوک ها با استفاده از فناوری پیش مغناطیسی هسته تولید می شوند. با اينكه این تکنولوژیمدت زیادی است که شناخته شده است، به دلیل هزینه بالای ویژه استفاده گسترده ای نداشته است مواد مغناطیسی، به طور سنتی برای ساخت هسته ها استفاده می شود، عدم توانایی دستگاه ها در عمل فرکانس های بالاو بدتر شدن عملکرد در نتیجه مغناطیس زدایی هسته. مهندسان پیتون توانستند این کاستی ها را با استفاده از هسته های ساخته شده از مواد فرومغناطیسی - جایگزینی ارزان و موثر برای هسته های ساخته شده از آهنرباهای ویژه - برطرف کنند.
فناوری پیش مغناطیسی هسته ها به شما این امکان را می دهد که مقدار اندوکتانس سلف را بدون تغییر جریان دو برابر کنید یا مقدار فعلی را با یک اندوکتانس ثابت دو برابر کنید. تکنولوژی جدیدتولید چوک ها کاهش تلفات برق را تا 4 برابر و کاهش سطح تماس 30 تا 40 درصد ممکن می سازد (شکل 4).
آزمایش چوک ها برای زوال خواص مغناطیسی نشان داده است که در فرکانس های کاری تا 1 مگاهرتز، بدتر شدن خواص مغناطیسی هسته ها حتی زمانی که شدت میدان 10 برابر بیشتر از مقدار عملیاتی معمولی باشد، رخ نمی دهد.

چوک های هیبریدی پیتون
علاوه بر این، Payton به طور فعال در حال توسعه فناوری هایی برای ساخت چوک های مسطح هیبریدی است که قادر به کار در فرکانس های تشدید بالا هستند. این دستگاه ها بر اساس یک هسته فرومغناطیسی مسطح "6 زانو" همراه با یک سیم پیچ چند هسته ای ساخته شده اند. این ترکیب دستیابی به فاکتور کیفیت بالا در فرکانس های بالا را ممکن می سازد. به عنوان مثال مقدار ضریب کیفیت یک چوک با اندوکتانس 40 μH در جریان 3A و فرکانس کاری 1 مگاهرتز 500 است!

فیلترهای چوک پیتون
پیتون نیز تولید می کند چوک های مسطح، به طور خاص برای کاهش تداخل حالت رایج طراحی شده است. نسبت بین اندوکتانس نشتی و خودالقایی دستگاه به 0.005% کاهش می یابد. با تشکر از ارزش بالاخازن ذاتی، چوک های حالت معمولی مسطح می توانند شامل خازن های ورودی و خروجی باشند. بنابراین می توان از این نوع چوک ها به عنوان فیلتر حالت معمولی استفاده کرد. فیلترهای چوک مسطح در حال حاضر در حال توسعه هستند که در جریان تا 200 آمپر کار خواهند کرد.

نتیجه
با توجه به پایداری مشخصات فنی، راندمان بالا و روش موثرخنک سازی قطعات الکترومغناطیسی مسطح Payton، استفاده از آنها یک راه حل جذاب برای تولید کنندگان منبع تغذیه است. گرایش به سمت تولید ارزان‌تر بردهای مدار چاپی چندلایه، ترانسفورماتورهای مسطح را به طور فزاینده‌ای برای کاربردهای مختلف در دسترس قرار می‌دهد. می توان فرض کرد که در آینده نزدیک، دستگاه های مسطح به طور کامل جایگزین ترانسفورماتورهای سیم پیچ سنتی خواهند شد.

ترانسفورماتورهای مسطح برای اولین بار در اواخر دهه 80 توسعه یافتند، اما به دلیل تکنولوژی پیچیده ساخت آنها به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفتند. فناوری مدرن برای تولید ترانسفورماتورهای مسطح را نیز نمی توان ساده نامید، با این حال، به لطف بهبود مداوم فرآیند فناوری، هزینه ترانسفورماتورهای مسطح کاهش یافته است و این امکان را به آنها داده است تا در بازار عرضه برق رقابت کنند.

ترانسفورماتورهای مسطح هستند یک جایگزین عالیترانسفورماتورهای معمولی زمانی که نیاز به قطعات مغناطیسی با اندازه کوچک وجود دارد.

ترانسفورماتورهای مسطح را می توان به عنوان اجزای دیواری، به عنوان برد مدار چاپی تک لایه و یا به عنوان یک برد چند لایه کوچک استفاده کرد.

مزایای اجزای مغناطیسی مسطح

مزایای اصلی را می توان به شرح زیر توصیف کرد:

شکل 1. انواع ترانسفورماتورهای مسطح

ویژگی های فناوری

فناوری ساخت مسطح این امکان را فراهم می‌کند که در فرآیند ساخت اجزای القایی، سیم‌پیچ‌ها مسیرهایی روی یک برد مدار چاپی یا بخش‌هایی از مس هستند که توسط لایه‌هایی از مواد عایق چاپ و از هم جدا می‌شوند. سیم‌پیچ‌ها را می‌توان از تخته‌های مدار چاپی چندلایه نیز ساخت.

در هر صورت، سیم پیچ ها بین هسته های کوچک فریت قرار می گیرند. قطعات مسطح بالای سر به اجزای القایی معمولی نزدیک‌ترین هستند و می‌توانند به جای قطعات معمولی در PCBهای تک لایه یا چند لایه استفاده شوند.

برای کاهش ارتفاع یک قطعه بالای سر، لازم است که هسته را در برش برد مدار چاپی قرار دهید تا سیم پیچ روی سطح برد قرار گیرد.

یک قدم به جلو نوع هیبریدی را نشان می دهد که در آن بخشی از سیم پیچ ها تعبیه شده است مادربرد، و بقیه روی یک برد چند لایه هستند که به مادربرد متصل می شوند.

در عین حال، مادربرد باید دارای سوراخ هایی برای هسته فریت باشد.

آخرین نوع جزء مسطح دارای سیم پیچی است که به طور کامل در PCB چند لایه ادغام شده است.

شکل 2. ترانسفورماتورهای مسطح روی برد مدار چاپی

تفاوت بین ترانسفورماتورهای مسطح و ترانسفورماتورهای کویل سنتی

1. ترانسفورماتورهای مسطح دارای منطقه خنک کننده موثر نسبتاً بزرگی هستند و خنک شدن آنها بسیار آسان تر است. برای این کار می توانید از خنک کننده طبیعی، اجباری، مایع، رادیاتور یک طرفه یا دو طرفه استفاده کنید.
2. تغییرات کوچک در پارامترهای الکتریکی از دستگاهی به دستگاه دیگر.
3. خطاهای پارامترهای یک ترانسفورماتور مسطح صدها برابر کمتر از خطاهای یک ترانسفورماتور سنتی است.

ترانسفورماتورهای مسطح کجا استفاده می شوند؟

ترانسفورماتورهای مسطح کاربرد خود را در سیستم های مخابراتی، هوانوردی پیدا کرده اند سیستم های روی برد، کامپیوترها، منابع تغذیه، دستگاه های جوشکاری و سیستم های گرمایش القایی. به طور کلی ترانسفورماتورهای مسطح را می توان در هر جایی که نیاز به ترانسفورماتورهای قدرتی که راندمان بالایی دارند و در عین حال ابعاد کوچکی دارند، استفاده کرد.

کاهش مداوم اندازه محصولات الکترونیکی، به ویژه دستگاه های تلفن همراه، منجر به این واقعیت می شود که توسعه دهندگان مجبور به استفاده از قطعات با حداقل ابعاد هستند. برای قطعات نیمه هادی و همچنین قطعات غیرفعال مانند مقاومت ها و خازن ها، انتخاب بسیار بزرگ و متنوع است. ما جایگزینی با اندازه کوچک را برای یک عنصر غیرفعال دیگر - ترانسفورماتورها و چوک ها در نظر خواهیم گرفت. در بیشتر موارد، طراحان از ترانسفورماتورهای استاندارد و سلف های سیم پیچ استفاده می کنند. ما مزایای ترانسفورماتورهای مسطح (PT) مبتنی بر بردهای مدار چاپی چند لایه را در نظر خواهیم گرفت. هزینه بردهای مدار چاپی چند لایه به طور مداوم در حال کاهش است، بنابراین ترانسفورماتورهای مسطح جایگزین خوبی برای ترانسفورماتورهای معمولی خواهند بود.

ترانسفورماتورهای مسطح یک جایگزین جذاب برای ترانسفورماتورهای معمولی هستند که اجزای مغناطیسی کوچک مورد نیاز هستند. با فناوری مسطح برای ساخت اجزای القایی، نقش سیم‌پیچ‌ها را می‌توان به‌وسیله مسیرهای روی برد مدار چاپی یا بخش‌هایی از مس که با چاپ رسوب کرده و با لایه‌هایی از مواد عایق جدا می‌شود، انجام داد و علاوه بر این، سیم‌پیچ‌ها را می‌توان از چند لایه ساخت. برد مدار چاپی این سیم پیچ ها بین هسته های کوچک فریت قرار می گیرند. بر اساس طراحی، اجزای مسطح به چند نوع تقسیم می شوند. نزدیکترین چیز به قطعات القایی معمولی قطعات مسطح دیواری هستند که می توانند به جای قطعات معمولی در PCBهای تک لایه و چند لایه استفاده شوند. ارتفاع قطعه بالای سر را می توان با فرو بردن هسته در برش برد مدار چاپی به طوری که سیم پیچ روی سطح برد قرار گیرد کاهش داد. یک قدم رو به جلو، نوع هیبریدی است، جایی که برخی از سیم پیچ ها در مادربرد تعبیه شده اند و برخی روی یک PCB چند لایه جداگانه که به مادربرد متصل است. مادربرد باید دارای سوراخ هایی برای هسته فریت باشد. در نهایت، با نوع دوم اجزای مسطح، سیم پیچ به طور کامل در PCB چند لایه ادغام می شود.

مانند اجزای سیم پیچ معمولی، بسته به توانایی ها و ترجیحات سازنده، نیمه های هسته را می توان با چسب یا گیره به هم وصل کرد. FERROXCUBE طیف گسترده ای از هسته های مسطح W شکل را برای کاربردهای مختلف ارائه می دهد.

مزایای فناوری مسطح

فن آوری مسطح برای ساخت قطعات مغناطیسی در مقایسه با سیم پیچی معمولی دارای مزایای متعددی است. اولین مزیت آشکارارتفاع بسیار کم است که باعث می شود اجزای مسطح برای استفاده در تجهیزات رک و قابل حمل با تراکم نصب بالا امیدوار کننده باشند.

اجزای مغناطیسی مسطح برای توسعه مبدل های قدرت سوئیچینگ با راندمان بالا مناسب هستند. تلفات کم مس در جریان متناوب و ضریب جفت بالا بیشتر را فراهم می کند تحول موثر. به دلیل اندوکتانس نشتی کم، نوسانات و نوسانات ولتاژ که عامل خرابی قطعات MOS و منبع تداخل اضافی است، کاهش می یابد.

تکنولوژی Planar در تولید ساده و قابل اعتماد است. جداول 1-3 مزایا و محدودیت های این فناوری را شرح می دهند.

جدول 1. مزایای توسعه

جدول 2. مزایای تولید

جدول 3. محدودیت ها

(1) هزینه PCB های چند لایه در حال کاهش است. کل هزینه ها: بدون نیاز به قاب، سایز کوچکترهسته.

اجزای یکپارچه در مقابل پلاگین

قطعات مسطح یکپارچه در کاربردهایی استفاده می شوند که پیچیدگی مدارهای اطراف استفاده از PCB چند لایه را ضروری می کند. کاربردهای معمولی مبدل های کم توان و دستگاه های پردازش سیگنال هستند. آنها عمدتا از ترکیبی از یک هسته W شکل و یک صفحه کوچک استفاده می کنند. الزامات اصلی طراحی در اینجا ارتفاع کم و ویژگی های فرکانس بالا خوب است.

• اجزای قابل اتصال متفاوت استفاده می شود. کاربردهای معمولی مبدل های توان بالا هستند. آنها عمدتا از ترکیب دو هسته بزرگ W شکل استفاده می کنند. الزامات اصلی طراحی در اینجا عملکرد حرارتی است. طراحی سیم پیچ، به ویژه، به بزرگی جریان بستگی دارد.

فرو بردن اجزای متصل به برد به شما این امکان را می دهد که ارتفاع مجموعه را بدون تغییر محل قطعات کاهش دهید.

اجزای هیبریدی تعداد سیم‌پیچ‌های سربار را از طریق آثار روی برد مدار چاپی کاهش می‌دهند و در نسخه یکپارچه اصلاً سیم‌پیچ‌های سربار وجود ندارد. ترکیب این دو نوع نیز امکان پذیر است. به عنوان مثال، یک مبدل قدرت ممکن است یک سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور و یک سلف داشته باشد محافظ ولتاژ، در مادربرد تعبیه شده است و سیم پیچ ثانویه و سلف خروجی روی بردهای مدار چاپی جداگانه قرار دارند (شکل 3).

باندینگ در مقابل بستن

انتخاب بین اتصال و گیره عمدتاً به توانایی ها و ترجیحات سازنده بستگی دارد، اما الزاماتی نیز وجود دارد. کاربرد خاص، که می تواند یک راه یا روش دیگر را مطلوب تر تعیین کند.

اولین کاربرد ترانسفورماتورهای مسطح تبدیل توان بود. بر این اساس، فریت های قدرتمند با فرکانس متوسط ​​و بالا استفاده شد. اندوکتانس چوک فیلتر خط را می توان با جایگزینی فریت قدرتمند با ماده ای با نفوذپذیری مغناطیسی بالا افزایش داد. در انتقال سیگنال پالسی، یک ترانسفورماتور باند پهن که بین آی سی ژنراتور پالسی و کابل قرار دارد، جداسازی و تطبیق امپدانس را فراهم می کند. در مورد رابط S یا T نیز باید فریت با نفوذپذیری مغناطیسی بالا باشد. هسته های فریت با نفوذپذیری بالا 3E6 به مجموعه محصولات FERROXCUBE اضافه شده است. لیستی از برنامه هایی که استفاده از فناوری مسطح می تواند مزایایی را ارائه دهد در زیر آورده شده است.

تبدیل برق

• اجزاء
  • ترانسفورماتورهای قدرت، چوک های خروجی یا رزونانس، چوک های فیلتر خط.
• یکسو کننده ها (منبع تغذیه)
  • سوئیچینگ منابع تغذیه.
  • شارژر (تلفن همراه، لپ تاپ کامپیوتر).
  • تجهیزات کنترل و اندازه گیری.
• مبدل های DC/DC
  • ماژول های تبدیل برق
  • سوئیچ های شبکه
  • تلفن همراه (منبع اصلی برق).
  • کامپیوترهای لپ تاپ (منبع اصلی برق).
  • وسایل نقلیه الکتریکی (مبدل ولتاژ کششی به ولتاژ 12 ولت).
• مبدل های AC (منابع تغذیه اصلی)
  • مبدل های فشرده برای لامپ های فلورسنت.
  • گرمایش القایی، جوشکاری.
• اینورتر (منابع تغذیه باتری)
  • تلفن همراه (نور پس زمینه LCD).
  • کامپیوترهای لپ تاپ (نور پس زمینه LCD).
  • چراغ های جلوی تخلیه گاز خودرو (بالاست).
  • گرمکن شیشه عقب ماشین (بوست مبدل).

انتقال پالس

• اجزاء
  • ترانسفورماتورهای باند پهن
  • S 0 -رابط (خط تلفن مشترک).
  • رابط های U (خط مشترک ISDN).
  • رابط های T1/T2 (ستون ستون فقرات بین سوئیچ های شبکه).
  • رابط های ADSL
  • رابط های HDSL

جدول 4. مشخصات مواد

جدول 5. هسته برای اتصال (بدون فرورفتگی)

جدول 6. پیوند مواد هسته

(*) - نیم هسته برای استفاده در ترکیب با یک هسته W شکل بدون شکاف یا صفحه.

(**) - نیمی از هسته ها با نفوذپذیری مغناطیسی بالا.

E160 – E - نیم هسته با شکاف متقارن. A L = 160 nH (در ترکیب با نیم هسته با شکاف متقارن اندازه گیری می شود).

A25 - E - نیم هسته با شکاف نامتقارن. A L = 25 nH (در ترکیب با نیمه هسته بدون شکاف اندازه گیری می شود).

A25 - P - نیم هسته با شکاف نامتقارن. A L = 25 nH (در ترکیب با صفحه اندازه گیری می شود).

1100/1300 - نیم هسته بدون شکاف. AL = 1100/1300 nH (در ترکیب با نیم هسته بدون شکاف / صفحه اندازه گیری می شود).

مقدار AL (nH) در B≤0.1 mT، f≤10 kHz، T = 25 درجه سانتی گراد اندازه گیری شد.

تحمل A L:

جدول 7. وابستگی ویژگی ها به توان (هسته ها برای اتصال)

جدول 8. هسته با اتصال گیره

گستره محصول

FERROXCUBE طیف گسترده ای از هسته های مسطح W شکل در محدوده اندازه 14-64 میلی متر را ارائه می دهد. که در نسخه پایهبرای اتصال، سطح مقطع همیشه یکنواخت است که امکان استفاده بهینه از حجم فریت را فراهم می کند. برای هر اندازه یک هسته W شکل (که با حرف E مشخص می شود) و یک صفحه مربوطه (که با حروف PLT مشخص می شود) وجود دارد. این مجموعه ممکن است از یک هسته W شکل و یک صفحه یا دو هسته W شکل تشکیل شده باشد. در حالت دوم، ارتفاع پنجره سیم پیچ دو برابر می شود. برای کوچکترین اندازه ها نیز مجموعه ای از هسته و صفحه W شکل در نسخه با اتصال گیره وجود دارد. از یک هسته شیاردار W شکل (با نام E/R) و یک صفحه شیاردار (با نام PLT/S) استفاده می‌کند. گیره (با نام CLM) به داخل فرورفتگی‌های هسته می‌چسبد و با فشار دادن صفحه در دو نقطه، اتصال قوی ایجاد می‌کند. شیار از حرکت صفحه حتی تحت ضربه یا لرزش شدید جلوگیری می کند و همچنین تراز بودن را تضمین می کند. برای ترکیبی از دو هسته W شکل، اتصال گیره ای ارائه نمی شود.

جدول 9. مواد هسته اتصال گیره

(1) - نیم هسته برای استفاده در ترکیب با یک صفحه.

A63 - P - نیم هسته با شکاف نامتقارن. A L = 63 nH (در ترکیب با صفحه اندازه گیری می شود).

1280 - نیم هسته بدون شکاف.

A L = 1280 nH (در ترکیب با صفحه اندازه گیری می شود).

مقدار L (nH) در B≤0.1 mT، f≤10 kHz، T = 25 درجه سانتی گراد اندازه گیری شد.

تحمل A L:

جدول 10. وابستگی مشخصات به توان (هسته با اتصال گیره)

هسته های ساخته شده از فریت های قدرتمند 3F3 ( فرکانس کاریتا 500 کیلوهرتز) و 3F4 (500 کیلوهرتز - 3 مگاهرتز) در همه اندازه ها موجود است. هسته ها بزرگترین اندازههمچنین از فریت 3C85 (فرکانس کاری تا 200 کیلوهرتز) ساخته شده اند، زیرا هسته های بزرگ اغلب در دستگاه های قدرتمند با فرکانس پایین استفاده می شوند. اندازه‌های هسته کوچک‌تر نیز موجود است که از فریت 3E6 با نفوذپذیری بالا (μ i = 12000) برای استفاده در چوک‌های فیلتر خط و ترانسفورماتورهای باند پهن ساخته شده‌اند.

بسته

فیلم پلاستیکی به عنوان بسته بندی استاندارد برای هسته ها و صفحات W شکل مسطح استفاده می شود.

جدول 11. بسته بندی

جدول 12. جعبه با هسته

جدول 13. جعبه با گیره

جدول 14. بسته بندی نوار

برای هسته های E14/3.5/5 و E18/4/10، یک بسته بندی نوار اولیه برای استفاده با تجهیزات مونتاژ خودکار برای اجزای SMD توسعه داده شد. روش بسته بندی مطابق با IEC-286 قسمت 3 است. صفحات به همان روشی که هسته های W مربوطه بسته بندی می شوند.

توسعه

برای استفاده حداکثری از مزایای فناوری مسطح، لازم است از یک مفهوم طراحی متفاوت از سیم پیچی پیروی کنید. در زیر تعدادی از ملاحظات برای راهنمایی شما در این زمینه آورده شده است.

انتخاب هسته

• القای مغناطیسی

عملکرد حرارتی بهبود یافته اجازه می دهد تا دو برابر اتلاف توان یک طراحی معمولی برای همان مقدار میدان مغناطیسی، بنابراین مقدار چگالی شار بهینه بالاتر از حد معمول باشد.

• شکاف هوا

شکاف های بزرگ در طرح های مسطح نامطلوب هستند زیرا شار نشتی ایجاد می کنند. شار لبه به نسبت ارتفاع پنجره سیم پیچ به عرض شکاف هوا بستگی دارد که برای هسته های تخت کوچکتر است. اگر ارتفاع پنجره فقط چندین برابر عرض شکاف و عرض آن چندین برابر بیشتر از عرض قسمت مرکزی هسته باشد، جریان قابل توجهی بین بالا و پایین هسته ایجاد می شود. . مقادیر زیاد لبه ها و شارهای متقاطع منجر به تلفات زیاد جریان گردابی در سیم پیچ می شود.

طراحی سیم پیچ

• مقاومت در دی سی

متداول ترین آثار مسی با ضخامت های 35، 70، 100 و 200 میکرون می باشد. اگر سطح مقطع ردیابی برای به دست آوردن مقاومت DC قابل قبول کافی نباشد، ردیابی ها را می توان به صورت موازی برای تمام یا بخشی از پیچ ها متصل کرد.

• مقاومت AC

تلفات مس AC به دلیل اثرات پوستی و مجاورت برای آثار مس مسطح کمتر از سیم های گرد با سطح مقطع یکسان است. جریان های گردابی القا شده در مجاورت شکاف هوا را می توان با برداشتن چند چرخش در نقطه ای که القاء حداکثر است و عمود بر صفحه سیم پیچ هدایت می شود کاهش داد. ترکیب W-core/plate شار نشتی کمی نسبت به ترکیب دو هسته W به دلیل محل شکاف هوا دارد.

• اندوکتانس نشتی

وقتی سیم‌پیچ‌ها یکی بالای دیگری قرار می‌گیرند، جفت مغناطیسی بسیار قوی است و مقادیر ضریب جفت نزدیک به 100٪ قابل دستیابی است (شکل 13، a).

طراحی قبلی منجر به ظرفیت در هم پیچی بالاتر می شود. این ظرفیت را می توان با قرار دادن مسیرهای سیم پیچ های مجاور در فضاهای بین یکدیگر کاهش داد (شکل 13، ب).

علاوه بر این، تکرارپذیری مقدار ظرفیت به آن اجازه می دهد تا در بقیه مدار جبران شود و همچنین در ساختارهای رزونانسی استفاده شود. در مورد دوم، می توانید با قرار دادن مسیرهای سیم پیچ های مجاور در مقابل یکدیگر، به طور هدفمند یک ظرفیت بزرگ ایجاد کنید (شکل 13، ج).

تولید

مونتاژ

هنگام استفاده از گیره، ابتدا باید گیره را به داخل فرورفتگی های هسته بچسبانید و سپس صفحه را به صورت جانبی تراز کنید.

برای اجزای یکپارچه، مونتاژ با نصب ترکیب می شود.

نصب و راه اندازی

هنگام استفاده از قطعات خارجی، می توانید از تخته های سوراخ دار یا نصب SMD استفاده کنید. تفاوت های قابل توجه از روند عادیدر دسترس نیست

سطح صاف هسته برای نصب خودکار مناسب است.

برای اجزای یکپارچه، نصب بهتر است در دو مرحله انجام شود:

1. نیمی از هسته را به برد مدار چاپی بچسبانید. برای این کار می توانید از همان چسبی که برای نصب قطعات SMD استفاده می شود استفاده کنید و این مرحله به طور منطقی با نصب قطعات SMD در این سمت PCB ترکیب می شود.
2. نیمه دوم هسته را به قسمت اول بچسبانید. همان نظراتی که در مورد مونتاژ اجزای لولایی داده شد، در اینجا اعمال می شود.

لحیم کاری

فقط برای ترانسفورماتورهای نصب شده کاربرد دارد.

در مورد لحیم کاری با جریان، روش گرمایش ترجیحی جابجایی گرم است تا تابش مادون قرمز، زیرا روش اول یکسان سازی دمای سطوح در حال لحیم کاری را تضمین می کند. هنگامی که با اشعه مادون قرمز با استفاده از مواد استاندارد گرم می شود، رسانایی حرارتی خوب جزء مسطح می تواند باعث شود دمای خمیر لحیم کاری بسیار پایین باشد و اگر قدرت تابش افزایش یابد، می تواند باعث شود دمای خمیر لحیم بسیار کم شود. درجه حرارت بالاتخته مدار چاپی. اگر از گرمایش مادون قرمز استفاده می شود، توصیه می شود خمیر لحیم کاری و/یا مواد PCB متفاوتی را انتخاب کنید.

تعیین اندازه های استاندارد

تمام اعداد داده شده به نیمه های اصلی اشاره دارد. لازم است دو نیمه اصلی را با ترکیب صحیح سفارش دهید. چهار نوع نیمه هسته وجود دارد که از آنها مجموعه های سه نوع ساخته می شود:

• دو هسته W شکل (E+E)؛
• هسته و صفحه W شکل (E+PLT)؛
• هسته W شکل با بریدگی و صفحه با شیار (E/R + PLT/S).

آخرین مجموعه همچنین شامل یک گیره (CLM) می باشد.

در مقاله بعدی روشی برای محاسبه ترانسفورماتورهای قدرت مسطح برای منابع تغذیه سوئیچینگ ارائه خواهد شد.