Reduktimi i vazhdueshëm i madhësisë së produkteve elektronike, veçanërisht pajisjeve mobile, çon në faktin se zhvilluesit janë të detyruar të përdorin komponentë me dimensione minimale. Për komponentët gjysmëpërçues, si dhe ata pasivë si rezistorët dhe kondensatorët, zgjedhja është mjaft e madhe dhe e larmishme. Ne do të shqyrtojmë një zëvendësim të vogël për një element tjetër pasiv - transformatorë dhe mbytje. Në shumicën e rasteve, projektuesit përdorin transformatorë standardë dhe induktorë me tela. Ne do të shqyrtojmë avantazhet e transformatorëve planar (PT) bazuar në shumë shtresa bordet e qarkut të printuar. Kostoja e bordeve të qarkut të printuar me shumë shtresa po zvogëlohet vazhdimisht, kështu që transformatorët planarë do të jenë një zëvendësim i mirë për ato konvencionale.
Transformatorët planarë janë një alternativë tërheqëse ndaj transformatorëve konvencionalë kur kërkohen komponentë të vegjël magnetikë. Me teknologjinë planare për prodhimin e komponentëve induktivë, roli i mbështjelljes mund të kryhet nga gjurmët në një tabelë të qarkut të printuar ose seksione bakri të depozituara me printim dhe të ndara nga shtresa të materialit izolues, dhe përveç kësaj, mbështjelljet mund të ndërtohen nga shumë shtresa. bordet e qarkut të printuar. Këto mbështjellje vendosen midis bërthamave të vogla të ferritit. Në bazë të dizajnit të tyre, komponentët planarë ndahen në disa lloje. Gjëja më e afërt me komponentët konvencionalë induktivë janë komponentët planarë të montuar në mur, të cilët mund të përdoren në vend të pjesëve konvencionale në PCB-të me një dhe me shumë shtresa. Lartësia e komponentit të sipërm mund të reduktohet duke zhytur bërthamën në prerjen e tabelës së qarkut të printuar në mënyrë që mbështjellja të shtrihet në sipërfaqen e tabelës. Një hap përpara është tipi hibrid, ku disa nga mbështjelljet janë të integruara në pllakën amë dhe disa janë në një PCB të veçantë me shumë shtresa që është i lidhur me motherboard. Pllaka amë duhet të ketë vrima për bërthamën e ferritit. Së fundi, me llojin e fundit të komponentëve planar, dredha-dredha është integruar plotësisht në PCB me shumë shtresa.
Ashtu si me komponentët e zakonshëm të mbështjellë me tela, gjysmat e bërthamës mund të bashkohen me ngjitje ose me shtrëngim, në varësi të aftësive dhe preferencave të prodhuesit. FERROXCUBE ofron një gamë të gjerë bërthamash planare në formë W për aplikime të ndryshme.
Përparësitë e teknologjisë planare
Teknologjia planare për prodhimin e komponentëve magnetikë ka një numër avantazhesh në krahasim me mbështjelljen konvencionale të telit. Së pari avantazh i dukshëmështë një lartësi shumë e ulët, gjë që i bën komponentët planarë premtues për përdorim në pajisjet e montimit në raft dhe në pajisjet portative me densitet të lartë instalimi.
Komponentët magnetikë planar janë të përshtatshëm për zhvillimin e konvertuesve të fuqisë komutuese me efikasitet të lartë. Humbje e ulët e bakrit për rrymë alternative dhe koeficienti i lartë i bashkimit japin më shumë transformim efektiv. Për shkak të induktivitetit të ulët të rrjedhjes, rritjet dhe luhatjet e tensionit, të cilat janë shkaku i dështimit të komponentëve MOS dhe një burim shtesë i ndërhyrjes, zvogëlohen.
Teknologjia planare është e thjeshtë dhe e besueshme në prodhim. Tabelat 1–3 përshkruajnë avantazhet dhe kufizimet e kësaj teknologjie.
Tabela 1. Përfitimet e zhvillimit
Tabela 2. Përfitimet e prodhimit
Tabela 3. Kufizimet
(1) Kostoja e PCB-ve me shumë shtresa po zvogëlohet. Kostot totale: nuk nevojitet kornizë, madhësi më të vogël bërthamë.
Komponentët e integruar kundrejt plug-in
Komponentët planarë të integruar përdoren në aplikacione ku kompleksiteti i qarqeve përreth kërkon përdorimin e një PCB me shumë shtresa. Aplikacionet tipike janë konvertuesit me fuqi të ulët dhe pajisjet e përpunimit të sinjalit. Ata kryesisht përdorin një kombinim të një bërthame në formë W dhe një pllake të vogël. Kërkesat kryesore të projektimit këtu janë lartësia e ulët dhe karakteristikat e mira me frekuencë të lartë.
- Komponentët e bashkangjitur përdoren ndryshe. Aplikacionet tipike janë konvertuesit me fuqi të lartë; ata kryesisht përdorin një kombinim të dy bërthamave të mëdha në formë W. Kërkesat kryesore të projektimit këtu janë performanca termike. Dizajni i mbështjelljes varet, në veçanti, nga madhësia e rrymës.
Zhytja e komponentëve të bashkangjitur në tabelë ju lejon të zvogëloni lartësinë e montimit pa ndryshuar vendndodhjen e përbërësve.
Komponentët hibridë zvogëlojnë numrin e mbështjelljeve të sipërme përmes gjurmëve në tabelën e qarkut të printuar, dhe në versionin e integruar nuk ka fare mbështjellje të sipërme. Kombinimet e këtyre dy llojeve janë gjithashtu të mundshme. Për shembull, një konvertues i fuqisë mund të ketë një mbështjellje primare të transformatorit dhe një induktor mbrojtës i mbitensionit, i integruar në motherboard, dhe mbështjellja dytësore dhe induktori i daljes janë në pllaka të veçanta të qarkut të printuar (Fig. 3).
Lidhja kundrejt shtrëngimit
Zgjedhja midis lidhjes dhe shtrëngimit varet kryesisht nga aftësitë dhe preferencat e prodhuesit, por ka edhe kërkesa aplikim specifik, të cilat mund të përcaktojnë në një mënyrë ose në një tjetër si më të dëshirueshme.
Aplikimi i parë i transformatorëve planar ishte konvertimi i fuqisë. Prandaj, u përdorën ferrite të fuqishme me frekuencë të mesme dhe të lartë. Induktiviteti i mbytjes së filtrit të linjës mund të rritet duke zëvendësuar ferritin e fuqishëm me një material me përshkueshmëri të lartë magnetike. Në transmetimin e sinjalit me puls, një transformator me brez të gjerë i vendosur midis IC gjeneratorit pulsues dhe kabllit siguron shkëputjen dhe përputhjen e rezistencës. Në rastin e një ndërfaqe S- ose T, duhet të jetë gjithashtu ferrit me përshkueshmëri të lartë magnetike. 3E6 bërthama ferrite me përshkueshmëri të lartë janë shtuar në gamën e produkteve FERROXCUBE. Një listë e aplikacioneve ku përdorimi i teknologjisë planare mund të sjellë përfitime është dhënë më poshtë.
Konvertimi i fuqisë
- Komponentët
- Transformatorët e fuqisë, mbytjet e daljes ose rezonante, mbytjet e filtrit të linjës.
- Ndreqës (furnizimi me energji elektrike)
- Ndërrimi i furnizimit me energji elektrike.
- Karikuesit (telefonat celularë, kompjuterët laptop).
- Pajisjet e kontrollit dhe matjes.
- Konvertuesit DC/DC
- Modulet e konvertimit të energjisë.
- Ndërprerësit e rrjetit.
- Telefonat celularë (burimi kryesor i energjisë).
- Kompjuterët laptop (burimi kryesor i energjisë).
- Automjetet elektrike (konvertuesi i tensionit tërheqës në tension 12 V).
- Konvertuesit AC (furnizimi me energji elektrike)
- Konvertuesit kompakt për llambat fluoreshente.
- Ngrohje me induksion, saldim.
- Invertorët (furnizimet e baterisë)
- Telefonat celularë (drita e prapme LCD).
- Kompjuterët laptop (drita e prapme LCD).
- Fenerët e automobilave për shkarkimin e gazit (çakëll).
- Xhami i pasëm me ngrohje të makinës (konverter përforcues).
Transmetimi i pulsit
- Komponentët
- Transformatorët me brez të gjerë.
- S 0 -ndërfaqet (linja telefonike e abonentit).
- Ndërfaqet U (linja e pajtimtarëve ISDN).
- Ndërfaqet T1/T2 (shtylla kurrizore midis ndërprerësve të rrjetit).
- Ndërfaqet ADSL.
- Ndërfaqet HDSL.
Tabela 4. Karakteristikat e materialit
Tabela 5. Bërthama për lidhje (pa prerje)
Tabela 6. Materialet e bërthamës së lidhjes
(*) - gjysmë bërthama për përdorim në kombinim me bërthamën në formë W pa boshllëk ose pllakë.
(**) - gjysma e bërthamave me përshkueshmëri të lartë magnetike.
E160 – E - gjysmë bërthama me hendek simetrik. A L = 160 nH (e matur në kombinim me gjysmë bërthama me boshllëk simetrik).
A25 - E - gjysmë bërthama me hendek asimetrik. A L = 25 nH (e matur në kombinim me gjysmë bërthama pa boshllëk).
A25 - P - gjysmë bërthama me hendek asimetrik. A L = 25 nH (matur në kombinim me pllakën).
1100/1300 - gjysmë bërthama pa boshllëk. AL = 1100/1300 nH (e matur në kombinim me gjysmë bërthama pa boshllëk/pllakë).
Vlera AL (nH) u mat në B≤0.1 mT, f≤10 kHz, T = 25 °C.
Toleranca A L:
Tabela 7. Varësia e karakteristikave nga fuqia (bërthama për lidhje)
Tabela 8. Bërthama me lidhje kapëse
Gama e produkteve
FERROXCUBE ofron një gamë të gjerë bërthamash planare në formë W në diapazonin e madhësisë 14–64 mm. NË versioni bazë për lidhjen, prerja tërthore është gjithmonë uniforme, gjë që lejon përdorimin optimal të vëllimit të ferritit. Për çdo madhësi ekziston një bërthamë në formë W (e caktuar me shkronjën E) dhe një pllakë përkatëse (e caktuar me shkronjat PLT). Kompleti mund të përbëhet nga një bërthamë në formë W dhe një pllakë ose dy bërthama në formë W. NË rastin e fundit Lartësia e dritares dredha-dredha është dyfishuar. Për madhësitë më të vogla, ekziston gjithashtu një grup bërthamash dhe pllake në formë W në versionin me një lidhje kapëse. Ai përdor një bërthamë me prerje në formë W (e caktuar E/R) dhe një pllakë me brazdë (e caktuar PLT/S). Kapëse (e caktuar CLM) fiksohet në gropat e bërthamës dhe siguron një lidhje të fortë duke shtypur pllakën në dy pika. Brazda parandalon lëvizjen e pllakës, edhe nën goditje ose dridhje të forta, dhe gjithashtu siguron shtrirjen. Për një kombinim të dy bërthamave në formë W, nuk sigurohet një lidhje kapëse.
Tabela 9. Materialet e bërthamës së lidhjes me kapëse
(1) - gjysmë bërthama për përdorim në kombinim me një pjatë.
A63 - P - gjysmë bërthama me hendek asimetrik. A L = 63 nH (matur në kombinim me pllakën).
1280 - gjysmë bërthama pa boshllëk.
A L = 1280 nH (matur në kombinim me pllakën).
Një vlerë L (nH) u mat në B≤0.1 mT, f≤10 kHz, T = 25 °C.
Toleranca A L:
Tabela 10. Varësia e karakteristikave nga fuqia (bërthama me lidhje kapëse)
Bërthamat e bëra nga ferrite të fuqishme 3F3 ( frekuenca e funksionimit deri në 500 kHz) dhe 3F4 (500 kHz - 3 MHz) janë të disponueshme në të gjitha madhësitë. Bërthamat madhësia më e madhe janë bërë gjithashtu nga ferrit 3C85 (frekuenca e funksionimit deri në 200 kHz), pasi bërthamat e mëdha shpesh përdoren në pajisjet e fuqishme me frekuencë të ulët. Disponohen gjithashtu përmasa më të vogla të bërthamës, të prodhuara nga ferrit 3E6 me përshkueshmëri të lartë (μ i = 12000), për përdorim në mbytjet e filtrave të linjës dhe transformatorët me brez të gjerë.
Paketa
Filmi plastik përdoret si paketim standard për bërthamat dhe pllakat planare në formë W.
Tabela 11. Paketimi
Tabela 12. Kuti me bërthama
Tabela 13. Kuti me kapëse
Tabela 14. Paketimi me shirit
Për bërthamat E14/3.5/5 dhe E18/4/10, u zhvillua një paketim prototip shirit për përdorim me pajisjet e montimit automatik për komponentët SMD. Metoda e paketimit është në përputhje me IEC-286 Pjesa 3. Pllakat paketohen në të njëjtën mënyrë si bërthamat përkatëse W.
Zhvillimi
Për të përfituar sa më shumë nga përfitimet e teknologjisë planare, është e nevojshme të ndiqni një koncept të ndryshëm dizajni sesa mbështjellja e telit. Më poshtë janë një sërë konsideratash për t'ju udhëhequr në këtë drejtim.
Zgjedhja thelbësore
- Induksioni magnetik
- Boshllëk ajri
Performanca e përmirësuar termike lejon dyfishin e humbjes së fuqisë së një modeli konvencional për të njëjtën sasi të fushës magnetike, kështu që vlera optimale e densitetit të fluksit do të jetë më e lartë se normalja.
Boshllëqet e mëdha janë të padëshirueshme në dizajnet planare, sepse ato krijojnë fluks rrjedhjeje. Fluksi i skajit varet nga raporti i lartësisë së dritares së mbështjelljes me gjerësinë e hendekut të ajrit, e cila është më e vogël për bërthamat e sheshta. Nëse lartësia e dritares është vetëm disa herë më e madhe se gjerësia e hendekut, dhe gjerësia është disa herë më e madhe se gjerësia e pjesës qendrore të bërthamës, atëherë do të lindë një rrjedhë e konsiderueshme midis pjesës së sipërme dhe të poshtme të bërthamës. . Sasi të mëdha skajet dhe prurjet e kryqëzuara çojnë në humbje të mëdha të rrymës vorbull në mbështjellje.
Dizajni i dredha-dredha
- Rezistenca DC
- Rezistenca AC
- Induktiviteti i rrjedhjes
Gjurmët e bakrit më të përdorura janë me trashësi 35, 70, 100 dhe 200 mikron. Nëse zona e seksionit kryq të gjurmës nuk është e mjaftueshme për të marrë një rezistencë të pranueshme DC, gjurmët mund të lidhen paralelisht për të gjitha ose një pjesë të kthesave.
Humbjet e bakrit AC për shkak të efekteve të lëkurës dhe afërsisë janë më pak për gjurmët e sheshta të bakrit sesa për telat e rrumbullakëta të së njëjtës zonë të prerjes tërthore. Rrymat vorbull të shkaktuara në afërsi të hendekut të ajrit mund të reduktohen duke hequr disa kthesa në pikën ku induksioni është maksimal dhe i drejtuar pingul me rrafshin e mbështjelljes. Kombinimi W-core/pllakë ka pak më pak fluks rrjedhjeje sesa kombinimi me dy bërthama W për shkak të vendndodhjes së hendekut të ajrit.
Kur mbështjelljet janë të vendosura njëra mbi tjetrën, bashkimi magnetik është shumë i fortë dhe vlerat e koeficientit të bashkimit afër 100% janë të arritshme (Fig. 13, a).
Dizajni i mëparshëm çon në një kapacitet më të lartë të ndërthurjes. Kjo kapacitet mund të reduktohet duke vendosur gjurmët e mbështjelljeve ngjitur në hapësira ndërmjet njëra-tjetrës (Fig. 13, b).
Për më tepër, përsëritshmëria e vlerës së kapacitetit lejon që ajo të kompensohet në pjesën tjetër të qarkut, si dhe të përdoret në strukturat rezonante. Në rastin e fundit, mund të krijoni me qëllim një kapacitet të madh duke vendosur gjurmët e mbështjelljeve ngjitur përballë njëra-tjetrës (Fig. 13, c).
Prodhimi
Kuvendi
Kur përdorni kapëse, fillimisht duhet të fiksoni kapësin në skutat e bërthamës dhe më pas ta rreshtoni pllakën anash.
Për komponentët e integruar, montimi kombinohet me instalimin.
Instalimi
Kur përdorni komponentë të jashtëm, mund të përdorni pllaka me vrima ose montim SMD. Dallime të rëndësishme nga proces normal i padisponueshem
Sipërfaqja e sheshtë e bërthamës është e përshtatshme për instalim automatik.
Për komponentët e integruar, instalimi bëhet më së miri në dy faza:
- Ngjiteni gjysmën e bërthamës në tabelën e qarkut të printuar. Për ta bërë këtë, mund të përdorni të njëjtin ngjitës si për montimin e komponentëve SMD, dhe ky hap kombinohet logjikisht me montimin e komponentëve SMD në këtë anë të PCB-së.
- Ngjiteni gjysmën e dytë të bërthamës me të parën. Të njëjtat komente që janë bërë në lidhje me montimin e komponentëve të bashkëngjitjes vlejnë këtu.
Saldim
Zbatohet vetëm për transformatorët e montuar.
Në rastin e saldimit me rrjedhje, metoda e preferuar e ngrohjes është konvekcioni i nxehtë dhe jo rrezatimi infra të kuq, pasi metoda e parë siguron barazimin e temperaturës së sipërfaqeve që bashkohen. Kur nxehet me rrezatim infra të kuqe duke përdorur materiale standarde, përçueshmëria e mirë termike e një komponenti të rrafshët mund të shkaktojë që temperatura e pastës së saldimit të jetë shumë e ulët dhe kur fuqia e rrezatimit rritet, temperatura e PCB-së mund të jetë shumë e lartë. Nëse përdoret ngrohja me rreze infra të kuqe, rekomandohet të zgjidhni një paste saldimi dhe/ose material PCB të ndryshëm.
Përcaktimi i madhësive standarde
Të gjithë numrat e dhënë i referohen gjysmave kryesore. Është e nevojshme të porositni dy gjysma të bërthamës kombinimi i duhur. Ekzistojnë katër lloje të gjysmave të bërthamës, nga të cilat bëhen grupe prej tre llojesh:
- dy bërthama në formë W (E+E);
- Bërthama dhe pllaka në formë W (E+PLT);
- Bërthama në formë W me dhëmbëza dhe pllakë me brazdë (E/R + PLT/S).
Seti i fundit përfshin gjithashtu një kapëse (CLM).
Artikulli tjetër do të ofrojë një metodë për llogaritjen e transformatorëve planar të fuqisë për burimet e pulsit të ushqyerit.
Artikulli i mëparshëm diskutoi avantazhet e përdorimit të transformatorëve planarë në madhësi të vogla dhe pajisje celulare. Janë dhënë gjithashtu karakteristikat e bërthamave të ferritit të përdorura për projektimin e transformatorëve planarë. Ky publikim propozon një metodë për llogaritjen e transformatorëve planarë për konvertuesit e pulsit përpara dhe të kundërt.
Prezantimi
Transformatorët e rrafshët mund të prodhohen si komponentë të montuar në mur, montime të pllakave të qarkut të printuar me një shtresë ose të vegjël bordi me shumë shtresa, ose të ndërtohet në një bord qarku të printuar me shumë shtresa të furnizimit me energji elektrike.
Përparësitë e rëndësishme të komponentëve magnetikë planar janë:
- dimensione shumë të vogla;
Matjet e parametrave të funksionimit të transformatorëve planarë me bërthama dhe mbështjellje në formë W të bëra në bazë të një bordi qarku të printuar me shumë shtresa tregojnë se rezistencë termike e këtyre pajisjeve është dukshëm (deri në 50%) më e ulët në krahasim me transformatorët konvencionalë me tel me të njëjtin vëllim efektiv të bërthamës V e. Kjo është për shkak të raportit më të lartë të sipërfaqes së bërthamës ndaj vëllimit të saj. Kështu, me rritjen e kapacitetit ftohës, transformatorët e rrafshët janë në gjendje të trajtojnë dendësi më të larta të fuqisë së xhiros duke mbajtur rritjen e temperaturës brenda kufijve të pranueshëm.
Kjo broshurë përshkruan një metodë të shpejtë dhe të lehtë për projektimin e transformatorëve planar të fuqisë dhe ofron shembuj të pajisjeve të dizajnuara duke përdorur këtë metodë.
Rezultatet e testit të funksionimit tregojnë se rritja e matur e temperaturës përputhet mirë me të dhënat e llogaritjes.
Procedura e llogaritjes
Përcaktimi i induksionit magnetik maksimal
Humbjet në bërthamën dhe përçuesin e bakrit gjatë funksionimit të transformatorit çojnë në një rritje të temperaturës. Shuma e kësaj rritjeje nuk duhet të kalojë kufirin e lejuar për të shmangur dëmtimin e transformatorit ose të pjesës tjetër të qarkut. Në ekuilibrin termik, vlera e humbjeve totale në transformatorin Ptrafo lidhet me rritjen e temperaturës së transformatorit D T nga një marrëdhënie e ngjashme me ligjin e Ohm-it:
ku R T është rezistenca ndaj temperaturës së transformatorit. Në fakt, P trafo mund të mendohet si kapaciteti ftohës i një transformatori.
Është e mundur të vendoset një formulë empirike që lidh drejtpërdrejt vlerën e rezistencës termike të transformatorit me vëllimin efektiv magnetik V e të bërthamës së ferritit të përdorur (1). Kjo formulë empirike është e vlefshme për transformatorët e plagosur me tela me bërthama RM dhe ETD. Një marrëdhënie e ngjashme është gjetur tani për transformatorët planarë me bërthama në formë W.
Duke përdorur këtë marrëdhënie, është e mundur të vlerësohet rritja e temperaturës së transformatorit si funksion i induksionit magnetik në bërthamë. Për shkak të hapësirës së kufizuar të disponueshme të mbështjelljes për komponentët magnetikë të rrafshët, rekomandohet të përdoret sa më shumë vlerat e mundshme induksioni magnetik.
Duke supozuar se gjysma e humbjeve totale në transformator janë humbje të bërthamës, ne mund të shprehim densitetin maksimal të humbjes së bërthamës P bërthama si funksion i rritjes së lejuar të temperaturës së transformatorit si më poshtë:
Humbja e fuqisë në ferritet tona u mat si funksion i frekuencës (f, Hz), densitetit maksimal të fluksit magnetik (B, T) dhe temperaturës (T, °C). Dendësia e humbjes së bërthamës mund të llogaritet përafërsisht duke përdorur formulën e mëposhtme (2):
Këtu C m, x, y, c t0, ct 1 dhe ct 2 janë parametrat e gjetur duke përafruar lakoren empirike të humbjes. Këta parametra janë specifikë për një material të caktuar. Dimensionet e tyre janë zgjedhur në mënyrë që në një temperaturë prej 100 °C vlera e CT të jetë e barabartë me 1.
Tabela 1 tregon vlerat e parametrave të mësipërm për disa marka të ferriteve me fuqi të lartë nga Ferroxcube.
Tabela 1. Parametrat e përafrimit për llogaritjen e densitetit të humbjes së bërthamës
| Klasa e ferritit | f, kHz | Cm | x | y | ct 2 | ct 1 | ct 0 |
| 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 |
Maksimumi vlerë e lejuar Pcore llogaritet duke përdorur formulën (2). Kjo vlerë zëvendësohet më pas në ekuacionin (3). Tani mund të llogarisim Bpeak-in maksimal të lejueshëm të induksionit magnetik duke rishkruar ekuacionin (3) si më poshtë:
Shënim: vlera maksimale e lejuar e B mund të gjendet në një mënyrë tjetër - duke shkruar program kompjuterik, i cili llogarit humbjet e fuqisë për një formë arbitrare të sinjalit duke përdorur formulën (3) në vlerat e dhëna parametrat e përafrimit (3). Avantazhi i kësaj qasjeje është se ju lejon të llogaritni humbjet duke marrë parasysh formën aktuale të modalitetit B, si dhe të zgjidhni shkallën optimale të ferritit për një rast të veçantë.
Pasi të keni përcaktuar kulmin maksimal të lejueshëm të induksionit magnetik, numri i kthesave të mbështjelljes primare dhe sekondare mund të llogaritet duke përdorur formula të njohura, duke përfshirë topologjinë e konvertuesit dhe llojin e transformatorit (për shembull, anasjelltas dhe përpara).
Duhet të merret një vendim se si do të shpërndahen mbështjelljet midis shtresave ekzistuese. Rrymat që rrjedhin në gjurmë do të bëjnë që temperatura e PCB-së të rritet. Për arsye të shpërndarjes së nxehtësisë, rekomandohet që kthesat e mbështjelljeve në shtresat e jashtme të shpërndahen në mënyrë simetrike në lidhje me kthesat e mbështjelljeve në shtresat e brendshme.
Oriz. 3. Maja B në formula është e barabartë me gjysmën e lëkundjes së lëkundjeve të induksionit në bërthamë
Nga pikëpamja e magnetizmit, alternativa më e mirë do të ishte alternimi i shtresave parësore dhe dytësore. Kjo do të reduktojë të ashtuquajturin efekt të afërsisë (shih faqen 4). Sidoqoftë, lartësia e ulët e mbështjelljes planare dhe numri i kthesave të kërkuara për një aplikim të veçantë nuk lejojnë gjithmonë zgjedhjen e dizajnit optimal.
Nga pikëpamja e kostos, rekomandohet të zgjidhni PCB me trashësi standarde të shtresës së bakrit. Vlerat e zakonshme të trashësisë së përdorur nga prodhuesit e PCB-ve janë 35 dhe 70 mikron. Rritja e temperaturës në mbështjellje, e shkaktuar nga rrymat rrjedhëse, varet ndjeshëm nga trashësia e shtresave të bakrit.
Standardet e sigurisë si IEC 950 kërkojnë një distancë prej 400 µm në materialin PCB (FR2 ose FR4) për të siguruar shkëputjen e mbështjelljes dytësore nga furnizimi me energji elektrike. Nëse nuk kërkohet izolim nga rrjeti, mjafton një distancë prej 200 mikronësh midis shtresave të mbështjelljes. Përveç kësaj, është gjithashtu e nevojshme të merret parasysh shtresa për klishe - 50 mikronë në të dy anët e tabelës.
Gjerësia e gjurmëve që formojnë mbështjelljet përcaktohet në bazë të madhësisë së rrymës dhe densitetit maksimal të lejuar të rrymës. Distanca midis kthesave varet nga aftësitë e prodhimit dhe buxheti. Një rregull i përgjithshëm është që për gjurmët me trashësi 35 µm, gjerësia dhe hapësira e gjurmëve duhet të jetë më e madhe se 150 µm, dhe për gjurmët me trashësi 70 µm duhet të jetë më e madhe se 200 µm.
Në varësi të aftësive prodhuese të prodhuesit të PCB-së, dimensionet mund të jenë më të vogla, por kjo ka shumë të ngjarë të sjellë një rritje të konsiderueshme të kostos së PCB-së. Numri i kthesave në një shtresë dhe distanca midis kthesave caktohen përkatësisht Nl dhe s. Më pas, duke pasur parasysh gjerësinë e disponueshme të mbështjelljes bw, gjerësia wt e trasesë mund të llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme (shih Fig. 4):
Oriz. 4. Gjerësia e gjurmës wt, hapësira e gjurmës s dhe gjerësia e mbështjelljes b w
Nëse kërkohet izolim nga furnizimi me energji, situata ndryshon disi. Bërthama konsiderohet pjesë e qarkut primar dhe duhet të ndahet me 400 μm nga qarku sekondar. Prandaj, rruga e rrymës së rrjedhjes midis mbështjelljeve dytësore afër anës së majtë dhe të djathtë të bërthamës dhe vetë bërthamës duhet të jetë 400 μm. Në këtë rast, gjerësia e gjurmës duhet të llogaritet duke përdorur formulën (6), pasi 800 μm duhet të zbriten nga gjerësia e disponueshme e mbështjelljes:
Në formulat (5) dhe (6) të gjitha dimensionet janë dhënë në mm.
Përcaktimi i rritjes së temperaturës së një bord qarku të printuar të shkaktuar nga rrymat rrjedhëse
Hapi i fundit që duhet ndërmarrë është përcaktimi i rritjes së temperaturës në gjurmët e bakrit të shkaktuar nga rrymat rrjedhëse. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të llogariten vlerat aktuale efektive (rms) bazuar në të dhënat hyrëse dhe parametrat e dëshiruar të daljes. Metoda e llogaritjes varet nga topologjia e përdorur.
Seksioni i shembujve ofron llogaritjet për teknologjinë standarde të konvertuesit përpara dhe të kundërt. Një shembull i marrëdhënies midis rritjes së temperaturës dhe vlerat efektive rrymat për zona të ndryshme të seksionit kryq të përçuesve të tabelës së qarkut të printuar është paraqitur në Fig. 5. Në rastet kur ka një përcjellës të vetëm, ose kur induktancat nuk janë shumë afër, gjerësia, trashësia dhe zona e prerjes tërthore të përcjellësit, si dhe rrymat maksimale të lejueshme për rritje të ndryshme të temperaturës së specifikuar, mund të jenë të përcaktuar drejtpërdrejt nga ky diagram.
Disavantazhi i kësaj metode projektimi është se supozon se nxehtësia e gjeneruar në mbështjellje shkaktohet nga rrjedha e rrymës së drejtpërdrejtë, kur në realitet ka rrymë alternative që shkakton efekte të lëkurës dhe afërsisë.
Efekti i lëkurës shkaktohet nga prania në një përcjellës të një fushe magnetike të krijuar nga një rrymë që rrjedh në vetë këtë përcjellës. Ndryshimi i shpejtë i rrymës (në Frekuencë e lartë) shkakton induksion të alternuar, i cili shkakton rryma vorbullash. Këto rryma vorbull, të cilat kontribuojnë në rrymën kryesore, janë në drejtim të kundërt me të. Rryma bëhet zero në qendër të përcjellësit dhe lëviz drejt sipërfaqes. Dendësia e rrymës zvogëlohet në mënyrë eksponenciale nga sipërfaqja në qendër.
Thellësia e shtresës sipërfaqësore d është distanca nga sipërfaqja e përcjellësit në drejtim të qendrës së tij, në të cilën dendësia e rrymës zvogëlohet me një faktor e. Thellësia e shtresës sipërfaqësore varet nga vetitë e materialit si përçueshmëria elektrike dhe përshkueshmëria magnetike, dhe është në përpjesëtim të zhdrejtë. rrenja katrore nga frekuenca. Për bakrin në 60 °C, thellësia e shtresës sipërfaqësore mund të llogaritet afërsisht duke përdorur formulën e mëposhtme:
Nëse merret një përcjellës me trashësi w t më pak se 2 d, kontributi i këtij efekti do të jetë i kufizuar. Kjo jep një gjerësi gjurmësh më të vogël se 200 µm për 500 kHz. Nëse disponohet një gjerësi më e madhe mbështjelljeje për numrin e kërkuar të rrotullimeve, zgjidhja më e mirë nga pikëpamja e magnetizmit, do të jetë ndarja e tyre në pista paralele.
Në situata reale, rrymat vorbulla do të jenë të pranishme në përçuesit, të shkaktuara jo vetëm nga ndryshimi i fushës magnetike të rrymës së saj (efekti i lëkurës), por edhe nga fushat e përçuesve të tjerë që ndodhen aty pranë. Ky efekt quhet efekti i afërsisë. Nëse shtresat parësore dhe dytësore alternojnë, ndikimi i këtij efekti është shumë më i vogël. Fakti është se rrymat në mbështjelljet primare dhe sekondare rrjedhin në drejtime të kundërta, kështu që ato fusha magnetike janë shkatërruar reciprokisht. Megjithatë, përçuesit ngjitur në të njëjtën shtresë do të kontribuojnë ende në efektin e afërsisë.
Rezultatet empirike
Matjet e temperaturës në disa lloje të modeleve të pllakave të qarkut të printuar me rryma alternative që rrjedhin në mbështjellje tregojnë me saktësi të arsyeshme se në frekuencat deri në 1 MHz, çdo rritje e frekuencës me 100 kHz jep një rritje të temperaturës së tabelës së qarkut të printuar që është 2 °C më e madhe se vlerat e përcaktuara për rastin e rrymave konstante.
Qëllimi është të projektohet një transformator i linjës me parametrat e dhënë në tabelë.
Si hap i parë, bëhet supozimi se në një frekuencë të caktuar mund të marrim rëndësi të madhe induksioni magnetik i pikut - 160 mT. Më vonë do të kontrollojmë nëse kjo është e mundur për vlerat e dhëna të humbjes së bërthamës dhe rritjes së temperaturës.
Shembull 1. Transformator Flyback
Tabela 2 tregon numrin e llogaritur të rrotullimeve për gjashtë kombinimet më të vogla standarde të bërthamës W dhe pllakave të rrafshët të Ferroxcube. Për më tepër, jepen vlerat e vetë-induktivitetit të mbështjelljes parësore, gjerësia e hendekut të ajrit dhe rrymave, të llogaritura duke përdorur formulat nga Kutia 1.
Tabela 2. Llogaritja e parametrave të projektimit të disa transformatorëve të linjës
| Bërthamë | Ae, mm 2 | Ve, mm 3 | N1 | N2 | NIC | G, µm | Parametra të tjerë të llogaritur |
| E-PLT14 | 14,5 | 240 | 63 | 7,4 | 7,2 | 113 | L prim = 638 µH |
| 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 |
Nga tabela 2 mund të shihet se numri i kërkuar i rrotullimeve të mbështjelljes primare për grupet e bërthamave E-E14 dhe E-PLT14 është shumë i madh që mbështjellja të bëhet në bazë të një bordi qarku të printuar me shumë shtresa. Prandaj, kombinimet e bërthamave E-E18 dhe E-PLT18 duken si opsioni më i mirë. Rrumbullakimi i rezultateve të llogaritjes për N1, N2 dhe NIC jep numrat përkatësisht 24, 3 dhe 3.
Për të përcaktuar humbjet në rastin e valës së induksionit trekëndor unipolar me një frekuencë 120 kHz, një induksion maksimal prej 160 mT dhe një temperaturë funksionimi prej 95 °C, u përdor një program i bazuar në shprehjen (3). Për ferritet me fuqi të lartë 3C30 dhe 3C90, humbjet e pritshme të bërthamës janë përkatësisht 385 mW/cm3 dhe 430 mW/cm3.
Dendësia e lejueshme e humbjes në D T=35°C është 470 mW/cm3 për E-PLT18 dhe 429 mW/cm3 për E-E18 (nga shprehja (1)).
Përfundimi është se ferritet 3C30 dhe 3C30 mund të përdoren në të dy kombinimet thelbësore. Ferritet me cilësi më të ulët me humbje më të mëdha të fuqisë do të bëjnë që temperatura të rritet shumë.
24 kthesat e mbështjelljes primare mund të shpërndahen në mënyrë simetrike në 2 ose 4 shtresa. Gjerësia e disponueshme e mbështjelljes për bërthamat E-18 është 4,6 mm. Nga kjo mund të shihet se opsioni me dy shtresa me 12 kthesa secila do të jetë i vështirë për t'u zbatuar dhe për këtë arsye i kushtueshëm. Për ta bërë këtë, do t'ju duhet të përdorni shtigje shumë të ngushta me hapsira shumë të vogla. Prandaj, zgjidhet një opsion me katër shtresa, nga 6 kthesa secila. Më pak shtresa në një PCB me shumë shtresa do të rezultojë në kosto më të ulëta të prodhimit. Prandaj, ne do të ofrojmë 3 kthesa të tjera të mbështjelljes parësore (për tensionin IC) dhe 3 kthesa të mbështjelljes sekondare, dhe një shtresë për secilën prej tyre. Kështu, është e mundur të ndërtohet një strukturë me gjashtë shtresa, siç tregohet në Tabelën 3.
Tabela 3. Shembull i një dizajni të transformatorit me gjashtë shtresa
| Avokat | Numri i kthesave | 35 μm | 70 μm |
| klishe | 50 μm | 50 μm | |
| fillore | 6 | 35 μm | 70 μm |
| izolim | 200 μm | 200 μm | |
| fillore | 6 | 35 μm | 70 μm |
| izolim | 200 μm | 200 μm | |
| IC primare | 3 | 35 μm | 70 μm |
| izolim | 400 μm | 400 μm | |
| dytësore | 3 | 35 μm | 70 μm |
| izolim | 400 μm | 400 μm | |
| fillore | 6 | 35 μm | 70 μm |
| izolim | 200 μm | 200 μm | |
| fillore | 6 | 35 μm | 70 μm |
| klishe | 50 μm | 50 μm | |
| TOTAL | 1710 μm | 1920 μm |
Në varësi të sasisë së nxehtësisë së gjeneruar nga rrymat rrjedhëse, ju mund të zgjidhni trashësinë e gjurmëve të bakrit 35 mikronë ose 70 mikronë. Kërkohet një distancë prej 400 µm midis shtresave të mbështjelljes parësore dhe dytësore për të siguruar izolim nga rrjeti. Kombinimi E-PLT18 ka një dritare dredha-dredha minimale prej 1,8 mm. Kjo është e mjaftueshme për një trashësi trase prej 35 mikron, e cila jep një trashësi totale të bordit të qarkut të printuar prej rreth 1710 mikron.
Për të ulur koston e projektimit, ne zgjodhëm një distancë midis binarëve prej 300 μm. Llogaritja e gjerësisë së gjurmës së dredha-dredha dytësore duke përdorur formulën (5) jep rezultatin 1,06 mm, duke përfshirë shkëputjen nga rrjeti.
Duke përdorur diagramin në Fig. 5 dhe vlerën efektive të llogaritur (shih tabelën 2) të rrymës në mbështjelljen dytësore të barabartë me 1.6 A, marrim një rritje të temperaturës prej 25 °C për gjurmët me trashësi 35 mikron dhe rreth 7 °C për gjurmët me trashësi. prej 70 mikronësh.
Ne supozuam se rritja e temperaturës e shkaktuar nga humbjet e dredha-dredha është rreth gjysma e rritjes totale të temperaturës, në këtë rast 17.5 °C. Natyrisht, me një trashësi gjurmë prej 35 mikron, rritja e temperaturës e shkaktuar nga një rrymë efektive prej 1.6 A do të jetë shumë e lartë, kështu që gjurmët me trashësi 70 mikron do të duhet të përdoren.
Gjerësia e gjurmëve të kthesave të mbështjelljes primare mund të llogaritet duke përdorur formulën (5). Do të jetë e barabartë me afërsisht 416 mikronë. Me këtë gjerësi gjurmësh, rryma efektive 0,24 A në primar nuk ka gjasa të shkaktojë ndonjë rritje të temperaturës.
Meqenëse frekuenca është 120 kHz, pritet një rritje shtesë e temperaturës së PCB-së prej rreth 2 °C në krahasim me situatën kur rrjedhin vetëm rryma konstante. Rritja totale e temperaturës së PCB-së e shkaktuar vetëm nga rrjedha e rrymës do të mbetet nën 10 °C.
Një PCB me gjashtë shtresa me gjurmë 70 mikron duhet të funksionojë brenda parametrave të llogaritur. Trashësia nominale e PCB-së do të jetë rreth 1920 mikron, që do të thotë se kombinimi standard i bërthamës W dhe vaferit E-PLT18 nuk do të funksionojë në këtë rast. Mund të përdoret kombinim standard E-E18 e dy bërthamave në formë W me një dritare dredha-dredha prej 3,6 mm. Sidoqoftë, një dritare kaq e madhe dredha-dredha duket e panevojshme këtu, kështu që një zgjidhje më elegante do të ishte një bërthamë e personalizuar me një dritare me madhësi rreth 2 mm.
Matjet e kryera në një dizajn të krahasueshëm me një bërthamë prej dy gjysmash ferriti 3C90 në formë W, regjistruan një rritje totale të temperaturës prej 28 °C. Kjo është në përputhje me llogaritjet tona, të cilat dhanë një rritje të temperaturës prej 17,5 °C për shkak të humbjeve të bërthamës dhe 10 °C për shkak të humbjeve të mbështjelljes.
Lidhja midis mbështjelljes primare dhe dytësore është e mirë pasi induktanca e rrjedhjes është vetëm 0.6% e induktancës së mbështjelljes parësore.
Shembulli 2. Transformatori përpara
Qëllimi këtu është të dizajnohet një transformator përpara me aftësinë për të zgjedhur një nga katër raportet e transformimit, të cilat përdoren shpesh në konvertuesit DC-DC me fuqi të ulët. Karakteristikat e dëshiruara janë paraqitur në tabelën e mësipërme.
Së pari ju duhet të kontrolloni nëse ato janë të përshtatshme për këtë rast kombinime të madhësive më të vogla të bërthamës nga diapazoni standard - E-PLT14 dhe E-E14. Duke llogaritur densitetin maksimal të lejueshëm të humbjes në bërthamë me një rritje të temperaturës prej 50 °C, marrim 1095 mW/cm3 për kombinimin E-E14 të dy bërthamave në formë W dhe 1225 mW/cm3 për kombinimin E-PLT14 të një W. -Bërthama dhe pllaka në formë. Më tej, ne llogarisim densitetin e humbjes në bërthamë duke përdorur formulën (3) në rastin e një valë induksioni trekëndore unipolare me një frekuencë prej 500 kHz për disa vlera të induksionit të pikut.
Rezultatet e marra tregojnë se në një induksion magnetik maksimal prej rreth 100 mT, humbjet janë më të vogla se maksimumi i lejueshëm, i llogaritur me formulën (2). Numri i kthesave dhe rrymave efektive llogariten duke përdorur formulat e dhëna në Kutinë 1. Me një densitet maksimal të fluksit magnetik prej 100 mT dhe parametrat e specifikuar më sipër, rezulton se në një frekuencë prej 530 kHz E-E14 dhe E-PLT14 kombinimet janë të përshtatshme për përdorim dhe numri i kthesave është i pranueshëm. Rezultatet e llogaritjes janë paraqitur në tabelën 4.
Tabela 4. Llogaritja e parametrave të projektimit të disa transformatorëve të drejtpërdrejtë
| Bërthamë | Vin, V | Vout, V | N1 | N2 | L prim, µH | I o(eff.) , mA | Imazh, 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 |
Përcaktimi përfundimtar i densitetit të humbjes së bërthamës në temperatura e funksionimit 100 °C për forma e specifikuar valët e induksionit me frekuencë 530 kHz japin rezultate 1030 mW/cm 3 për ferritin 3F3 dhe 1580 mW/cm 3 për ferritin 3F4. Është e qartë se opsioni më i mirëështë 3F3. Rritja e temperaturës në bërthamën E-PLT14 është:
(dendësia e llogaritur e humbjes në 3F3/densiteti i humbjes së lejuar) X 1/2DT = (1030/1225) X 25 °C = 21 °C
Për kombinimin E-E14 rritja e temperaturës është 23,5 °C. Dredha-dredha kryesore kërkon 7 ose 14 rrotullime në varësi të tensionit të hyrjes. Në rastin e një transformatori të drejtpërdrejtë konvencional, kërkohet i njëjti numër rrotullimesh për mbështjelljen demagnetizuese (rivendosëse). Për të qenë në gjendje të përdorni 7 ose 14 kthesa dhe të njëjtin numër rrotullimesh për mbështjelljen demagnetizuese, u zgjodh një dizajn me 4 shtresa me nga 7 rrotullime secila. Kur nevojiten 7 rrotullime të mbështjelljes primare dhe demagnetizuese, kthesat e dy shtresave lidhen paralelisht. Kjo do të ketë një efekt shtesë - zvogëlimin e densitetit të rrymës në gjurmët dredha-dredha përgjysmë.
Kur nevojiten 14 rrotullime të mbështjelljes primare dhe degausing, kthesat e dy shtresave lidhen në seri në mënyrë që numri efektiv i kthesave të bëhet 14.
Gjerësia e disponueshme e mbështjelljes për bërthamën E-14 është 3,65 mm. Për një dizajn me kosto efektive me hapësirë prej 300 µm, gjerësia e gjurmës me 7 kthesa për shtresë është 178 µm.
Trashësia e gjurmëve duhet të jetë 70 mikron, pasi në një tension të hyrjes prej 24 V, rryma efektive në mbështjelljen parësore do të jetë rreth 1,09 A. Kjo jep (shih tabelën 2) me një gjerësi efektive të gjurmës prej 356 mikron (gjerësia dyfishohet si rezultat lidhje paralele pjesët e mbështjelljes kur përdoren 7 rrotullime) rritje e temperaturës prej 15 °C. Një tension i hyrjes prej 48 V do të prodhojë një rrymë efektive prej afërsisht 0.54A.
Në këtë rast, kontributi i humbjeve në dredha-dredha në rritjen e përgjithshme të temperaturës do të jetë rreth 14 °C me një gjerësi trase prej 178 μm (14 kthesa të lidhura në seri).
Gjerësia e binarëve, e barabartë me 178 mikron, me një distancë midis tyre 300 mikron me trashësi gjurmësh 70 mikron, devijon pak nga ajo që kemi dhënë. rregull i madh(hapësira dhe gjerësia e gjurmës > 200 µm). Kjo mund të rezultojë në kosto pak më të larta të prodhimit për PCB-të me shumë shtresa. Dredha-dredha dytësore kërkon 3 ose 2 kthesa. Kur një shtresë i ndahet secilës prej kthesave, gjerësia e trasesë është përkatësisht 810 dhe 1370 µm. Rrymat dytësore efektive prej 2,44 dhe 3,70 A shkaktojnë një rritje të temperaturës në mbështjelljet me afërsisht 25 °C, e cila është shumë e lartë duke marrë parasysh rritjen e temperaturës në mbështjelljet primare. Në këtë rast, zgjidhja më e mirë do të ishte përdorimi i 2 shtresave për të dy mbështjelljet. Kur këto shtresa, secila prej të cilave ka 3 kthesa, lidhen paralelisht, dendësia e rrymës përgjysmohet. Nga Fig. 5, mund të përcaktohet se kontributi i humbjeve të mbështjelljes në rritjen totale të temperaturës në këtë situatë do të jetë rreth 6 °C. Rritja totale e temperaturës në PCB do të jetë afërsisht 21°C plus rritjen shtesë të shkaktuar nga humbjet e AC. Meqenëse frekuenca është 500 kHz, është e nevojshme të shtoni rreth 10 °C më shumë, që do të thotë se temperatura e PCB-së do të rritet me 31 °C.
Numri i kthesave dhe gjerësia për secilën shtresë të këtij dizajni janë dhënë në tabelën 5. Të paktën një shtresë, e treguar në tabelë si shtesë, është e nevojshme për të bërë lidhje. Megjithatë, kjo do të na japë gjithsej 9 shtresa, që në terma të prodhimit është e njëjtë me 10 shtresa (numri i radhës çift). Për këtë arsye, shtresat e sipërme dhe të poshtme të PCB-së përdoren si shtresa shtesë - edhe sepse siguron përfitimin shtesë të prerjes së densitetit të rrymës në gjurmë me një faktor dyfish. Gjurmët në këto shtresa lidhen me gjurmët në shtresën e brendshme përmes vrimave të veshura me bakër dhe "sjellin" hyrjet dhe daljet e mbështjelljes primare dhe dytësore në dy anët e tabelës së qarkut të printuar. Në varësi të mënyrës se si lidhen hyrjet dhe daljet në anët kryesore dhe dytësore, mund të merrni 4 kuptime të ndryshme raporti i transformimit.
Tabela 5. Shembull i një dizajni me 10 shtresa
| Avokat | Numri i kthesave | 70 μm |
| klishe | 50 μm | |
| shtresë shtesë | 70 μm | |
| izolim | 200 μm | |
| degausing primar | 7 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| fillore | 7 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| dytësore | 3 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| dytësore | 2 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| dytësore | 2 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| dytësore | 3 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| fillore | 7 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| degausing primar | 7 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| shtresë shtesë | 70 μm | |
| klishe | 50 μm | |
| TOTAL: | 2600 μm |
Trashësia totale nominale e PCB-së do të jetë afërsisht 2,6 mm, që tejkalon dritaren e disponueshme të mbështjelljes së kombinimit të bërthamës E-PLT14 prej 1,8 mm. Kombinimi E-E14 mund të përdoret, megjithatë ai ka një dritare dredha-dredha minimale prej 3,6 mm - shumë më e madhe se ajo që kërkohet në të vërtetë. Një zgjidhje më e suksesshme do të ishte një bërthamë jo standarde me një madhësi të reduktuar të dritares.
Matjet e temperaturës së këtij bordi të qarkut të printuar janë bërë duke përdorur termoçift në kushte të ndryshme. Për testim, ne përdorëm opsionin e konvertimit 24/5 V, i cili jep densitetin më të lartë të rrymës. Së pari, rrymat direkte të barabarta me ato të llogaritura u furnizuan veçmas në mbështjelljet primare dhe sekondare. D.C në mbështjelljen parësore, e barabartë me 1079 mA, dha një rritje të temperaturës prej 12,5 °C, dhe një rrymë në mbështjelljen dytësore, e barabartë me 2441 mA, dha një rritje të temperaturës prej 7,5 °C. Siç pritej, kur të dyja rrymat u aplikuan në PCB në të njëjtën kohë, rritja e temperaturës ishte 20°C.
Procedura e mësipërme u përsërit për rrymat alternative të disa frekuencave me vlera efektive të barabarta me ato të llogaritura. Në një frekuencë prej 500 kHz, rritja totale e temperaturës në tabelën e qarkut të printuar ishte 32 °C. Rritja më e madhe shtesë e temperaturës (7 °C) e shkaktuar nga humbjet AC u vu re në mbështjelljet dytësore. Kjo është logjike, pasi ndikimi i efektit të lëkurës është më i theksuar në gjurmët e gjera të mbështjelljeve dytësore sesa në gjurmët e ngushta të mbështjelljeve parësore.
Më në fund, matjet e temperaturës u kryen me bërthama standarde (kombinimi E-E14) të instaluara në PCB në kushte që korrespondojnë me kushtet e funksionimit të një transformatori direkt. Rritja e temperaturës së tabelës së qarkut të printuar ishte 49 °C; pika maksimale e ngrohjes së bërthamës ishte në anën e sipërme të saj dhe temperatura atje ishte 53 °C. Rritje të temperaturës me 49 °C dhe 51 °C janë vërejtur përkatësisht në pjesën qendrore të bërthamës dhe në pjesën e jashtme të saj.
Siç parashikuan llogaritjet, ky dizajn është disi kritik për grupin e dy bërthamave në formë W, pasi temperatura në pikën maksimale të ngrohjes u regjistrua në 53 °C, që është mbi 50 °C. Megjithatë, kur përdorni bërthama më të sheshta (jo standarde) në formë W, temperatura është brenda kufijve të pranueshëm.
Në artikullin tjetër do të shikojmë një shembull të llogaritjes së një konverteri DC/DC 25 vat bazuar në një transformator planar.
Letërsia
- Mulder S. A. Shënim i aplikimit për projektimin e transformatorëve me frekuencë të lartë të profilit të ulët. Komponentët Ferroxcube. 1990. Mulder S. A. Formulat e humbjes për ferritet e fuqisë dhe përdorimi i tyre në projektimin e transformatorëve. Përbërësit e Philips. 1994. Durbaum Th., Albach M. Humbjet e bërthamës në transformatorët me formë arbitrare të rrymës magnetizuese. EPE Sevilla. 1995. Brockmeyer A. Vlerësimi eksperimental i ndikimit të paramagnetizimit DC në vetitë e ferriteve elektronike të fuqisë. Universiteti i Teknologjisë Aachen. 1995. Shënim teknik i Komponentëve të Ferroxcube. Konvertuesi DC/DC 25 vat duke perdorur magnetike planare te integruar.9398 236 26011. 1996.
Artikulli i mëparshëm diskutoi avantazhet e përdorimit të transformatorëve planarë në pajisje të vogla dhe të lëvizshme. Janë dhënë gjithashtu karakteristikat e bërthamave të ferritit të përdorura për projektimin e transformatorëve planarë. Ky publikim propozon një metodë për llogaritjen e transformatorëve planarë për konvertuesit e pulsit përpara dhe të kundërt.
Prezantimi
Transformatorët e rrafshët mund të prodhohen si komponentë me rënie, si montime PCB me një shtresë ose PCB të vogla me shumë shtresa, ose të integruar në një PCB me shumë shtresa të furnizimit me energji elektrike.
Përparësitë e rëndësishme të komponentëve magnetikë planar janë:
- madhësi shumë të vogla;
- karakteristika të shkëlqyera të temperaturës;
- induktivitet i ulët i rrjedhjes;
- përsëritshmëri e shkëlqyer e vetive.
Matjet e parametrave të funksionimit të transformatorëve planarë me bërthama dhe mbështjellje në formë W, të bëra në bazë të një bordi qarku të printuar me shumë shtresa, tregojnë se rezistenca termike e këtyre pajisjeve është dukshëm (deri në 50%) më e ulët në krahasim me transformatorët konvencionalë me tel. i njëjti vëllim efektiv i bërthamës V e. Kjo është për shkak të raportit më të lartë të sipërfaqes së bërthamës ndaj vëllimit të saj. Kështu, me rritjen e kapacitetit ftohës, transformatorët e rrafshët janë në gjendje të trajtojnë dendësi më të larta të fuqisë së xhiros duke mbajtur rritjen e temperaturës brenda kufijve të pranueshëm.
Kjo broshurë përshkruan një metodë të shpejtë dhe të lehtë për projektimin e transformatorëve planar të fuqisë dhe ofron shembuj të pajisjeve të dizajnuara duke përdorur këtë metodë.
Rezultatet e testit të funksionimit tregojnë se rritja e matur e temperaturës përputhet mirë me të dhënat e llogaritjes.
Oriz. 1. Transformator planarçmontuar
Oriz. 2. Opsionet e projektimit për transformatorët planarë
Procedura e llogaritjes
Përcaktimi i induksionit magnetik maksimal
Humbjet në bërthamën dhe përçuesin e bakrit gjatë funksionimit të transformatorit çojnë në një rritje të temperaturës. Shuma e kësaj rritjeje nuk duhet të kalojë kufirin e lejuar për të shmangur dëmtimin e transformatorit ose të pjesës tjetër të qarkut. Në ekuilibrin termik, vlera e humbjeve totale në transformatorin Ptrafo lidhet me rritjen e temperaturës së transformatorit D T nga një marrëdhënie e ngjashme me ligjin e Ohm-it:
ku R T është rezistenca ndaj temperaturës së transformatorit. Në fakt, P trafo mund të mendohet si kapaciteti ftohës i një transformatori.
Është e mundur të vendoset një formulë empirike që lidh drejtpërdrejt vlerën e rezistencës termike të transformatorit me vëllimin efektiv magnetik V e të bërthamës së ferritit të përdorur. Kjo formulë empirike është e vlefshme për transformatorët e plagosur me tela me bërthama RM dhe ETD. Një marrëdhënie e ngjashme është gjetur tani për transformatorët planarë me bërthama në formë W.
Duke përdorur këtë marrëdhënie, është e mundur të vlerësohet rritja e temperaturës së transformatorit si funksion i induksionit magnetik në bërthamë. Për shkak të hapësirës së kufizuar të disponueshme të mbështjelljes për komponentët magnetikë të rrafshët, rekomandohet përdorimi i vlerave më të larta të mundshme të densitetit të fluksit.
Duke supozuar se gjysma e humbjeve totale në transformator janë humbje të bërthamës, ne mund të shprehim densitetin maksimal të humbjes së bërthamës P bërthama si funksion i rritjes së lejuar të temperaturës së transformatorit si më poshtë:
Humbja e fuqisë në ferritet tona u mat si funksion i frekuencës (f, Hz), densitetit maksimal të fluksit magnetik (B, T) dhe temperaturës (T, °C). Dendësia e humbjes së bërthamës mund të llogaritet përafërsisht duke përdorur formulën e mëposhtme:
Këtu C m, x, y, c t0, ct 1 dhe ct 2 janë parametrat e gjetur duke përafruar lakoren empirike të humbjes. Këta parametra janë specifikë për një material të caktuar. Dimensionet e tyre janë zgjedhur në mënyrë që në një temperaturë prej 100 °C vlera e CT të jetë e barabartë me 1.
Tabela 1 tregon vlerat e parametrave të mësipërm për disa marka të ferriteve me fuqi të lartë nga Ferroxcube.
Tabela 1. Parametrat e përafrimit për llogaritjen e densitetit të humbjes së bërthamës
| Klasa e ferritit | f, kHz | Cm | x | y | ct 2 | ct 1 | ct 0 |
| 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 |
Vlera maksimale e lejuar Pcore llogaritet duke përdorur formulën (2). Kjo vlerë zëvendësohet më pas në ekuacionin (3). Tani mund të llogarisim Bpeak-in maksimal të lejueshëm të induksionit magnetik duke rishkruar ekuacionin (3) si më poshtë:
Shënim: vlera maksimale e lejuar e B mund të gjendet në një mënyrë tjetër - duke shkruar një program kompjuterik që llogarit humbjen e energjisë për një formë arbitrare të sinjalit duke përdorur formulën (3) për vlerat e dhëna të parametrave të përafrimit. Avantazhi i kësaj qasjeje është se ju lejon të llogaritni humbjet duke marrë parasysh formën aktuale të modalitetit B, si dhe të zgjidhni shkallën optimale të ferritit për një rast të veçantë.
Pasi të keni përcaktuar kulmin maksimal të lejueshëm të induksionit magnetik, numri i kthesave të mbështjelljes primare dhe sekondare mund të llogaritet duke përdorur formula të njohura, duke përfshirë topologjinë e konvertuesit dhe llojin e transformatorit (për shembull, anasjelltas dhe përpara).
Duhet të merret një vendim se si do të shpërndahen mbështjelljet midis shtresave ekzistuese. Rrymat që rrjedhin në gjurmë do të bëjnë që temperatura e PCB-së të rritet. Për arsye të shpërndarjes së nxehtësisë, rekomandohet që kthesat e mbështjelljeve në shtresat e jashtme të shpërndahen në mënyrë simetrike në lidhje me kthesat e mbështjelljeve në shtresat e brendshme.
Oriz. 3. Maja B në formula është e barabartë me gjysmën e lëkundjes së lëkundjeve të induksionit në bërthamë
Nga pikëpamja e magnetizmit, alternativa më e mirë do të ishte alternimi i shtresave parësore dhe dytësore. Kjo do të reduktojë të ashtuquajturin efekt të afërsisë (shih faqen 4). Sidoqoftë, lartësia e ulët e mbështjelljes planare dhe numri i kthesave të kërkuara për një aplikim të veçantë nuk lejojnë gjithmonë zgjedhjen e dizajnit optimal.
Nga pikëpamja e kostos, rekomandohet të zgjidhni PCB me trashësi standarde të shtresës së bakrit. Vlerat e zakonshme të trashësisë së përdorur nga prodhuesit e PCB-ve janë 35 dhe 70 mikron. Rritja e temperaturës në mbështjellje, e shkaktuar nga rrymat rrjedhëse, varet ndjeshëm nga trashësia e shtresave të bakrit.
Standardet e sigurisë si IEC 950 kërkojnë një distancë prej 400 µm në materialin PCB (FR2 ose FR4) për të siguruar shkëputjen e mbështjelljes dytësore nga furnizimi me energji elektrike. Nëse nuk kërkohet izolim nga rrjeti, mjafton një distancë prej 200 mikronësh midis shtresave të mbështjelljes. Përveç kësaj, është gjithashtu e nevojshme të merret parasysh shtresa për klishe - 50 mikronë në të dy anët e tabelës.
Gjerësia e gjurmëve që formojnë mbështjelljet përcaktohet në bazë të madhësisë së rrymës dhe densitetit maksimal të lejuar të rrymës. Distanca midis kthesave varet nga aftësitë e prodhimit dhe buxheti. Një rregull i përgjithshëm është që për gjurmët me trashësi 35 µm, gjerësia dhe hapësira e gjurmëve duhet të jetë më e madhe se 150 µm, dhe për gjurmët me trashësi 70 µm duhet të jetë më e madhe se 200 µm.
Në varësi të aftësive prodhuese të prodhuesit të PCB-së, dimensionet mund të jenë më të vogla, por kjo ka shumë të ngjarë të sjellë një rritje të konsiderueshme të kostos së PCB-së. Numri i kthesave në një shtresë dhe distanca midis kthesave caktohen përkatësisht Nl dhe s. Më pas, duke pasur parasysh gjerësinë e disponueshme të mbështjelljes bw, gjerësia wt e trasesë mund të llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme (shih Fig. 4):
Oriz. 4. Gjerësia e gjurmës wt, hapësira e gjurmës s dhe gjerësia e mbështjelljes b w
Nëse kërkohet izolim nga furnizimi me energji, situata ndryshon disi. Bërthama konsiderohet pjesë e qarkut primar dhe duhet të ndahet me 400 μm nga qarku sekondar. Prandaj, rruga e rrymës së rrjedhjes midis mbështjelljeve dytësore afër anës së majtë dhe të djathtë të bërthamës dhe vetë bërthamës duhet të jetë 400 μm. Në këtë rast, gjerësia e gjurmës duhet të llogaritet duke përdorur formulën (6), pasi 800 μm duhet të zbriten nga gjerësia e disponueshme e mbështjelljes:
Në formulat (5) dhe (6) të gjitha dimensionet janë dhënë në mm.
Përcaktimi i rritjes së temperaturës së një bord qarku të printuar të shkaktuar nga rrymat rrjedhëse
Hapi i fundit që duhet ndërmarrë është përcaktimi i rritjes së temperaturës në gjurmët e bakrit të shkaktuar nga rrymat rrjedhëse. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të llogariten vlerat aktuale efektive (rms) bazuar në të dhënat hyrëse dhe parametrat e dëshiruar të daljes. Metoda e llogaritjes varet nga topologjia e përdorur.
Seksioni i shembujve ofron llogaritjet për teknologjinë standarde të konvertuesit përpara dhe të kundërt. Në Fig. 5. Në rastet kur ka një përcjellës të vetëm, ose kur induktancat nuk janë shumë afër, gjerësia, trashësia dhe zona e prerjes tërthore të përcjellësit, si dhe rrymat maksimale të lejueshme për rritje të ndryshme të temperaturës së specifikuar, mund të jenë të përcaktuar drejtpërdrejt nga ky diagram.
Oriz. 5. Marrëdhënia midis rrymës, madhësive të gjurmëve të PCB dhe rritjes së temperaturës
Disavantazhi i kësaj metode projektimi është se supozon se nxehtësia e gjeneruar në mbështjellje shkaktohet nga rrjedha e rrymës së drejtpërdrejtë, kur në realitet ka rrymë alternative që shkakton efekte të lëkurës dhe afërsisë.
Efekti i lëkurës shkaktohet nga prania në një përcjellës të një fushe magnetike të krijuar nga një rrymë që rrjedh në vetë këtë përcjellës. Një ndryshim i shpejtë i rrymës (me frekuencë të lartë) shkakton induksion të alternuar, i cili shkakton rryma vorbullash. Këto rryma vorbull, të cilat kontribuojnë në rrymën kryesore, janë në drejtim të kundërt me të. Rryma bëhet zero në qendër të përcjellësit dhe lëviz drejt sipërfaqes. Dendësia e rrymës zvogëlohet në mënyrë eksponenciale nga sipërfaqja në qendër.
Thellësia e shtresës sipërfaqësore d është distanca nga sipërfaqja e përcjellësit në drejtim të qendrës së tij, në të cilën dendësia e rrymës zvogëlohet me një faktor e. Thellësia e shtresës sipërfaqësore varet nga vetitë e materialit si përçueshmëria elektrike dhe përshkueshmëria magnetike dhe është në përpjesëtim të zhdrejtë me rrënjën katrore të frekuencës. Për bakrin në 60 °C, thellësia e shtresës sipërfaqësore mund të llogaritet afërsisht duke përdorur formulën e mëposhtme:
Nëse merret një përcjellës me trashësi wt më të vogël se 2d, kontributi i këtij efekti do të jetë i kufizuar. Kjo jep një gjerësi gjurmësh më të vogël se 200 µm për 500 kHz. Nëse disponohet një gjerësi e madhe dredha-dredha për numrin e kërkuar të kthesave, zgjidhja më e mirë nga pikëpamja e magnetizmit është ndarja e tyre në shina paralele.
Në situata reale, rrymat vorbulla do të jenë të pranishme në përçuesit, të shkaktuara jo vetëm nga ndryshimi i fushës magnetike të rrymës së saj (efekti i lëkurës), por edhe nga fushat e përçuesve të tjerë që ndodhen aty pranë. Ky efekt quhet efekti i afërsisë. Nëse shtresat parësore dhe dytësore alternojnë, ndikimi i këtij efekti është shumë më i vogël. Fakti është se rrymat në mbështjelljet primare dhe sekondare rrjedhin në drejtime të kundërta, në mënyrë që fushat e tyre magnetike të anulojnë njëra-tjetrën. Megjithatë, përçuesit ngjitur në të njëjtën shtresë do të kontribuojnë ende në efektin e afërsisë.
Rezultatet empirike
Matjet e temperaturës në disa lloje të modeleve të pllakave të qarkut të printuar me rryma alternative që rrjedhin në mbështjellje tregojnë me saktësi të arsyeshme se në frekuencat deri në 1 MHz, çdo rritje e frekuencës me 100 kHz jep një rritje të temperaturës së tabelës së qarkut të printuar që është 2 °C më e madhe se vlerat e përcaktuara për rastin e rrymave konstante.
Qëllimi është të projektohet një transformator i linjës me parametrat e dhënë në tabelë.
Si hap i parë, supozohet se në një frekuencë të caktuar mund të merret një vlerë e madhe e induksionit magnetik të pikut - 160 mT. Më vonë do të kontrollojmë nëse kjo është e mundur për vlerat e dhëna të humbjes së bërthamës dhe rritjes së temperaturës.
Shembull 1. Transformator Flyback
Tabela 2 tregon numrin e llogaritur të rrotullimeve për gjashtë kombinimet më të vogla standarde të bërthamës W dhe pllakave të rrafshët të Ferroxcube. Për më tepër, jepen vlerat e vetë-induktivitetit të mbështjelljes parësore, gjerësia e hendekut të ajrit dhe rrymave, të llogaritura duke përdorur formulat nga Kutia 1.
Tabela 2. Llogaritja e parametrave të projektimit të disa transformatorëve të linjës
| Bërthamë | Ae, mm 2 | Ve, mm 3 | N1 | N2 | NIC | G, µm | Parametra të tjerë të llogaritur |
| E-PLT14 | 14,5 | 240 | 63 | 7,4 | 7,2 | 113 | L prim = 638 µH |
| 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 |
Nga tabela 2 mund të shihet se numri i kërkuar i rrotullimeve të mbështjelljes primare për grupet e bërthamave E-E14 dhe E-PLT14 është shumë i madh që mbështjellja të bëhet në bazë të një bordi qarku të printuar me shumë shtresa. Prandaj, kombinimet e bërthamave E-E18 dhe E-PLT18 duken si opsioni më i mirë. Rrumbullakimi i rezultateve të llogaritjes për N1, N2 dhe NIC jep numrat përkatësisht 24, 3 dhe 3.
Për të përcaktuar humbjet në rastin e valës së induksionit trekëndor unipolar me një frekuencë 120 kHz, një induksion maksimal prej 160 mT dhe një temperaturë funksionimi prej 95 °C, u përdor një program i bazuar në shprehjen (3). Për ferritet me fuqi të lartë 3C30 dhe 3C90, humbjet e pritshme të bërthamës janë përkatësisht 385 mW/cm3 dhe 430 mW/cm3.
Dendësia e lejueshme e humbjes në D T=35°C është 470 mW/cm3 për E-PLT18 dhe 429 mW/cm3 për E-E18 (nga shprehja (1)).
Përfundimi është se ferritet 3C30 dhe 3C30 mund të përdoren në të dy kombinimet thelbësore. Ferritet me cilësi më të ulët me humbje më të mëdha të fuqisë do të bëjnë që temperatura të rritet shumë.
24 kthesat e mbështjelljes primare mund të shpërndahen në mënyrë simetrike në 2 ose 4 shtresa. Gjerësia e disponueshme e mbështjelljes për bërthamat E-18 është 4,6 mm. Nga kjo mund të shihet se opsioni me dy shtresa me 12 kthesa secila do të jetë i vështirë për t'u zbatuar dhe për këtë arsye i kushtueshëm. Për ta bërë këtë, do t'ju duhet të përdorni shtigje shumë të ngushta me hapsira shumë të vogla. Prandaj, zgjidhet një opsion me katër shtresa, nga 6 kthesa secila. Më pak shtresa në një PCB me shumë shtresa do të rezultojë në kosto më të ulëta të prodhimit. Prandaj, ne do të ofrojmë 3 kthesa të tjera të mbështjelljes parësore (për tensionin IC) dhe 3 kthesa të mbështjelljes sekondare, dhe një shtresë për secilën prej tyre. Kështu, është e mundur të ndërtohet një strukturë me gjashtë shtresa, siç tregohet në Tabelën 3.
Tabela 3. Shembull i një dizajni të transformatorit me gjashtë shtresa
| Avokat | Numri i kthesave | 35 μm | 70 μm |
| klishe | 50 μm | 50 μm | |
| fillore | 6 | 35 μm | 70 μm |
| izolim | 200 μm | 200 μm | |
| fillore | 6 | 35 μm | 70 μm |
| izolim | 200 μm | 200 μm | |
| IC primare | 3 | 35 μm | 70 μm |
| izolim | 400 μm | 400 μm | |
| dytësore | 3 | 35 μm | 70 μm |
| izolim | 400 μm | 400 μm | |
| fillore | 6 | 35 μm | 70 μm |
| izolim | 200 μm | 200 μm | |
| fillore | 6 | 35 μm | 70 μm |
| klishe | 50 μm | 50 μm | |
| TOTAL | 1710 μm | 1920 μm |
Në varësi të sasisë së nxehtësisë së gjeneruar nga rrymat rrjedhëse, ju mund të zgjidhni trashësinë e gjurmëve të bakrit 35 mikronë ose 70 mikronë. Kërkohet një distancë prej 400 µm midis shtresave të mbështjelljes parësore dhe dytësore për të siguruar izolim nga rrjeti. Kombinimi E-PLT18 ka një dritare dredha-dredha minimale prej 1,8 mm. Kjo është e mjaftueshme për një trashësi trase prej 35 mikron, e cila jep një trashësi totale të bordit të qarkut të printuar prej rreth 1710 mikron.
Për të ulur koston e projektimit, ne zgjodhëm një distancë midis binarëve prej 300 μm. Llogaritja e gjerësisë së gjurmës së dredha-dredha dytësore duke përdorur formulën (5) jep rezultatin 1,06 mm, duke përfshirë shkëputjen nga rrjeti.
Duke përdorur diagramin në Fig. 5 dhe vlerën efektive të llogaritur (shih tabelën 2) të rrymës në mbështjelljen dytësore të barabartë me 1.6 A, marrim një rritje të temperaturës prej 25 °C për gjurmët me trashësi 35 mikron dhe rreth 7 °C për gjurmët me trashësi. prej 70 mikronësh.
Ne supozuam se rritja e temperaturës e shkaktuar nga humbjet e dredha-dredha është rreth gjysma e rritjes totale të temperaturës, në këtë rast 17.5 °C. Natyrisht, me një trashësi gjurmë prej 35 mikron, rritja e temperaturës e shkaktuar nga një rrymë efektive prej 1.6 A do të jetë shumë e lartë, kështu që gjurmët me trashësi 70 mikron do të duhet të përdoren.
Gjerësia e gjurmëve të kthesave të mbështjelljes primare mund të llogaritet duke përdorur formulën (5). Do të jetë e barabartë me afërsisht 416 mikronë. Me këtë gjerësi gjurmësh, rryma efektive 0,24 A në primar nuk ka gjasa të shkaktojë ndonjë rritje të temperaturës.
Meqenëse frekuenca është 120 kHz, pritet një rritje shtesë e temperaturës së PCB-së prej rreth 2 °C në krahasim me situatën kur rrjedhin vetëm rryma konstante. Rritja totale e temperaturës së PCB-së e shkaktuar vetëm nga rrjedha e rrymës do të mbetet nën 10 °C.
Një PCB me gjashtë shtresa me gjurmë 70 mikron duhet të funksionojë brenda parametrave të llogaritur. Trashësia nominale e PCB-së do të jetë rreth 1920 mikron, që do të thotë se kombinimi standard i bërthamës W dhe vaferit E-PLT18 nuk do të funksionojë në këtë rast. Ju mund të përdorni kombinimin standard E-E18 të dy bërthamave në formë W me një dritare dredha-dredha prej 3,6 mm. Sidoqoftë, një dritare kaq e madhe dredha-dredha duket e panevojshme këtu, kështu që një zgjidhje më elegante do të ishte një bërthamë e personalizuar me një dritare me madhësi rreth 2 mm.
Matjet e kryera në një dizajn të krahasueshëm me një bërthamë prej dy gjysmash ferriti 3C90 në formë W, regjistruan një rritje totale të temperaturës prej 28 °C. Kjo është në përputhje me llogaritjet tona, të cilat dhanë një rritje të temperaturës prej 17,5 °C për shkak të humbjeve të bërthamës dhe 10 °C për shkak të humbjeve të mbështjelljes.
Lidhja midis mbështjelljes primare dhe dytësore është e mirë pasi induktanca e rrjedhjes është vetëm 0.6% e induktancës së mbështjelljes parësore.
Shembulli 2. Transformatori përpara
Qëllimi këtu është të dizajnohet një transformator përpara me aftësinë për të zgjedhur një nga katër raportet e transformimit, të cilat përdoren shpesh në konvertuesit DC-DC me fuqi të ulët. Karakteristikat e dëshiruara janë paraqitur në tabelën e mësipërme.
Së pari ju duhet të kontrolloni nëse kombinimet e madhësive më të vogla të bërthamës nga diapazoni standard - E-PLT14 dhe E-E14 - janë të përshtatshme për këtë aplikacion. Duke llogaritur densitetin maksimal të lejueshëm të humbjes në bërthamë me një rritje të temperaturës prej 50 °C, marrim 1095 mW/cm3 për kombinimin E-E14 të dy bërthamave në formë W dhe 1225 mW/cm3 për kombinimin E-PLT14 të një W. -Bërthama dhe pllaka në formë. Më tej, ne llogarisim densitetin e humbjes në bërthamë duke përdorur formulën (3) në rastin e një valë induksioni trekëndore unipolare me një frekuencë prej 500 kHz për disa vlera të induksionit të pikut.
Rezultatet e marra tregojnë se në një induksion magnetik maksimal prej rreth 100 mT, humbjet janë më të vogla se maksimumi i lejueshëm, i llogaritur me formulën (2). Numri i kthesave dhe rrymave efektive llogariten duke përdorur formulat e dhëna në Kutinë 1. Me një densitet maksimal të fluksit magnetik prej 100 mT dhe parametrat e specifikuar më sipër, rezulton se në një frekuencë prej 530 kHz E-E14 dhe E-PLT14 kombinimet janë të përshtatshme për përdorim dhe numri i kthesave është i pranueshëm. Rezultatet e llogaritjes janë paraqitur në tabelën 4.
Tabela 4. Llogaritja e parametrave të projektimit të disa transformatorëve të drejtpërdrejtë
| Bërthamë | Vin, V | Vout, V | N1 | N2 | L prim, µH | I o(eff.) , mA | Imazh, 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 |
Një përcaktim përfundimtar i densitetit të humbjes së bërthamës në një temperaturë funksionimi prej 100 °C për formën e valës së specifikuar të induksionit 530 kHz jep rezultate prej 1030 mW/cm 3 për ferritin 3F3 dhe 1580 mW/cm 3 për ferritin 3F4. Natyrisht, opsioni më i mirë është 3F3. Rritja e temperaturës në bërthamën E-PLT14 është:
(dendësia e llogaritur e humbjes në 3F3/dendësia e humbjes së lejuar) X 1/2DT = (1030/1225) X 25 °C = 21 °C.
Për kombinimin E-E14 rritja e temperaturës është 23,5 °C. Dredha-dredha kryesore kërkon 7 ose 14 rrotullime në varësi të tensionit të hyrjes. Në rastin e një transformatori të drejtpërdrejtë konvencional, kërkohet i njëjti numër rrotullimesh për mbështjelljen demagnetizuese (rivendosëse). Për të qenë në gjendje të përdorni 7 ose 14 kthesa dhe të njëjtin numër rrotullimesh për mbështjelljen demagnetizuese, u zgjodh një dizajn me 4 shtresa me nga 7 rrotullime secila. Kur nevojiten 7 rrotullime të mbështjelljes primare dhe demagnetizuese, kthesat e dy shtresave lidhen paralelisht. Kjo do të ketë një efekt shtesë - zvogëlimin e densitetit të rrymës në gjurmët dredha-dredha përgjysmë.
Kur nevojiten 14 rrotullime të mbështjelljes primare dhe degausing, kthesat e dy shtresave lidhen në seri në mënyrë që numri efektiv i kthesave të bëhet 14.
Gjerësia e disponueshme e mbështjelljes për bërthamën E-14 është 3,65 mm. Për një dizajn me kosto efektive me hapësirë prej 300 µm, gjerësia e gjurmës me 7 kthesa për shtresë është 178 µm.
Trashësia e gjurmëve duhet të jetë 70 mikron, pasi në një tension të hyrjes prej 24 V, rryma efektive në mbështjelljen parësore do të jetë rreth 1,09 A. Kjo jep (shih tabelën 2) me një gjerësi efektive të gjurmës prej 356 mikron (gjerësia dyfishohet si rezultat i lidhjes paralele të pjesëve të mbështjelljes kur përdoren 7 rrotullime) rritja e temperaturës 15 °C. Një tension i hyrjes prej 48 V do të prodhojë një rrymë efektive prej afërsisht 0.54A.
Në këtë rast, kontributi i humbjeve në dredha-dredha në rritjen e përgjithshme të temperaturës do të jetë rreth 14 °C me një gjerësi trase prej 178 μm (14 kthesa të lidhura në seri).
Gjerësia e pistave prej 178 µm me hapësirë 300 µm për një trashësi binarësh 70 µm devijon pak nga rregulli ynë i parë (hapësia e pistave dhe gjerësia e gjurmës > 200 µm). Kjo mund të rezultojë në kosto pak më të larta të prodhimit për PCB-të me shumë shtresa. Dredha-dredha dytësore kërkon 3 ose 2 kthesa. Kur një shtresë i ndahet secilës prej kthesave, gjerësia e trasesë është përkatësisht 810 dhe 1370 µm. Rrymat dytësore efektive prej 2,44 dhe 3,70 A shkaktojnë një rritje të temperaturës në mbështjelljet me afërsisht 25 °C, e cila është shumë e lartë duke marrë parasysh rritjen e temperaturës në mbështjelljet primare. Në këtë rast, zgjidhja më e mirë do të ishte përdorimi i 2 shtresave për të dy mbështjelljet. Kur këto shtresa, secila prej të cilave ka 3 kthesa, lidhen paralelisht, dendësia e rrymës përgjysmohet. Nga Fig. 5, mund të përcaktohet se kontributi i humbjeve të mbështjelljes në rritjen totale të temperaturës në këtë situatë do të jetë rreth 6 °C. Rritja totale e temperaturës në PCB do të jetë afërsisht 21°C plus rritjen shtesë të shkaktuar nga humbjet e AC. Meqenëse frekuenca është 500 kHz, është e nevojshme të shtoni rreth 10 °C më shumë, që do të thotë se temperatura e PCB-së do të rritet me 31 °C.
Numri i kthesave dhe gjerësia për secilën shtresë të këtij dizajni janë dhënë në tabelën 5. Të paktën një shtresë, e treguar në tabelë si shtesë, është e nevojshme për të bërë lidhje. Megjithatë, kjo do të na japë gjithsej 9 shtresa, që në terma të prodhimit është e njëjtë me 10 shtresa (numri i radhës çift). Për këtë arsye, shtresat e sipërme dhe të poshtme të PCB-së përdoren si shtresa shtesë - edhe sepse siguron përfitimin shtesë të prerjes së densitetit të rrymës në gjurmë me një faktor dyfish. Gjurmët në këto shtresa lidhen me gjurmët në shtresën e brendshme përmes vrimave të veshura me bakër dhe "sjellin" hyrjet dhe daljet e mbështjelljes primare dhe dytësore në dy anët e tabelës së qarkut të printuar. Në varësi të mënyrës se si lidhen hyrjet dhe daljet në anët primare dhe dytësore, mund të merren 4 vlera të ndryshme të raportit të transformimit.
Tabela 5. Shembull i një dizajni me 10 shtresa
| Avokat | Numri i kthesave | 70 μm |
| klishe | 50 μm | |
| shtresë shtesë | 70 μm | |
| izolim | 200 μm | |
| degausing primar | 7 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| fillore | 7 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| dytësore | 3 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| dytësore | 2 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| dytësore | 2 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| dytësore | 3 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| fillore | 7 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| degausing primar | 7 | 70 μm |
| izolim | 200 μm | |
| shtresë shtesë | 70 μm | |
| klishe | 50 μm | |
| TOTAL: | 2600 μm |
Trashësia totale nominale e PCB-së do të jetë afërsisht 2,6 mm, që tejkalon dritaren e disponueshme të mbështjelljes së kombinimit të bërthamës E-PLT14 prej 1,8 mm. Kombinimi E-E14 mund të përdoret, megjithatë ai ka një dritare dredha-dredha minimale prej 3,6 mm - shumë më e madhe se ajo që kërkohet në të vërtetë. Një zgjidhje më e suksesshme do të ishte një bërthamë jo standarde me një madhësi të reduktuar të dritares.
Matjet e temperaturës së kësaj PCB janë bërë duke përdorur termoçift në kushte të ndryshme. Për testim, ne përdorëm opsionin e konvertimit 24/5 V, i cili jep densitetin më të lartë të rrymës. Së pari, rrymat direkte të barabarta me ato të llogaritura u furnizuan veçmas në mbështjelljet primare dhe sekondare. Një rrymë e drejtpërdrejtë në mbështjelljen parësore prej 1079 mA dha një rritje të temperaturës prej 12,5 °C dhe një rrymë në mbështjelljen dytësore prej 2441 mA dha një rritje të temperaturës prej 7,5 °C. Siç pritej, kur të dyja rrymat u aplikuan në PCB në të njëjtën kohë, rritja e temperaturës ishte 20°C.
Procedura e mësipërme u përsërit për rrymat alternative të disa frekuencave me vlera efektive të barabarta me ato të llogaritura. Në një frekuencë prej 500 kHz, rritja totale e temperaturës në tabelën e qarkut të printuar ishte 32 °C. Rritja më e madhe shtesë e temperaturës (7 °C) e shkaktuar nga humbjet AC u vu re në mbështjelljet dytësore. Kjo është logjike, pasi ndikimi i efektit të lëkurës është më i theksuar në gjurmët e gjera të mbështjelljeve dytësore sesa në gjurmët e ngushta të mbështjelljeve parësore.
Më në fund, matjet e temperaturës u kryen me bërthama standarde (kombinimi E-E14) të instaluara në PCB në kushte që korrespondojnë me kushtet e funksionimit të një transformatori direkt. Rritja e temperaturës së tabelës së qarkut të printuar ishte 49 °C; pika maksimale e ngrohjes së bërthamës ishte në anën e sipërme të saj dhe temperatura atje ishte 53 °C. Rritje të temperaturës me 49 °C dhe 51 °C janë vërejtur përkatësisht në pjesën qendrore të bërthamës dhe në pjesën e jashtme të saj.
Siç parashikuan llogaritjet, ky dizajn është disi kritik për grupin e dy bërthamave në formë W, pasi temperatura në pikën maksimale të ngrohjes u regjistrua në 53 °C, që është mbi 50 °C. Megjithatë, kur përdorni bërthama më të sheshta (jo standarde) në formë W, temperatura është brenda kufijve të pranueshëm.
Në artikullin tjetër do të shikojmë një shembull të llogaritjes së një konverteri DC/DC 25 vat bazuar në një transformator planar.
Letërsia
- Mulder S. A. Shënim i aplikimit për projektimin e transformatorëve me frekuencë të lartë të profilit të ulët. Komponentët Ferroxcube. 1990.
- Mulder S. A. Formulat e humbjes për ferritet e fuqisë dhe përdorimi i tyre në projektimin e transformatorëve. Përbërësit e Philips. 1994.
- Durbaum Th., Albach M. Humbjet e bërthamës në transformatorët me formë arbitrare të rrymës magnetizuese. EPE Sevilla. 1995.
- Brockmeyer A. Vlerësimi eksperimental i ndikimit të paramagnetizimit DC në vetitë e ferriteve elektronike të fuqisë. Universiteti i Teknologjisë Aachen. 1995.
- Shënim teknik i Ferroxcube Components. Konvertuesi DC/DC 25 Watt duke përdorur magnetikë planare të integruar. 9398 236 26011. 1996.
Transformatorët planarë janë një alternativë e shkëlqyer transformatorë standardë dhe mbytje me tel. Baza për transformatorët planarë janë bordet e qarkut të printuar me shumë shtresa.
Sot, zhvillimi i transformatorëve planarë kërkon përdorimin e komponentëve me dimensione minimale, sepse dimensionet e elektronikës janë vazhdimisht në rënie.
Transformatorët planarë të fuqisë
Dizajni i transformatorëve të rrafshët të fuqisë mund të bëhet ose me komponentë mbi bord, të tilla si një tabelë me një shtresë ose të vogël me shumë shtresa, ose si një PCB me shumë shtresa.
Përparësitë e transformatorëve planar:
- kanë madhësive të vogla;
- kanë karakteristika të shkëlqyera të temperaturës;
- kanë induktivitet të ulët të rrjedhjes;
- kanë përsëritshmëri të shkëlqyer të vetive.
Për shkak të raportit më të lartë të sipërfaqes së bërthamës me vëllimin e saj, rezistenca termike e pajisjeve të tilla mund të jetë 2 herë më e ulët se ajo e transformatorëve të plagosur me tela konvencionale.
Figura 1. Projektimi i transformatorëve planarë
Prandaj, për shkak të kapacitetit të tyre të rritur ftohës, transformatorët e rrafshët mund të përballojnë densitet më të larta të fuqisë së xhiros duke mbajtur rritjen e temperaturës brenda kufijve të pranueshëm.
Transformatorë planarë të bazuar në bordet e qarkut të printuar me shumë shtresa
Kur bëhet fjalë për komponentët gjysmëpërçues, përfshirë ata pasivë, të cilët përfshijnë kondensatorë dhe rezistorë, ka një zgjedhje mjaft të gjerë.
Sidoqoftë, sot do të flasim për transformatorët planarë.
Në mënyrë tipike, në shumë raste, projektuesit përdorin transformatorë standardë dhe mbytje që janë plagë me tela. Por ne do të përshkruajmë transformatorët planarë (PT) të bazuara në bordet me shumë shtresa.
Meqenëse kostoja e pllakave me shumë shtresa ka tendencë të ulet, transformatorët planarë gradualisht po zëvendësojnë ato konvencionale. Sidomos në rastet kur kërkohet një komponent i vogël magnetik.
Në teknologjinë e prodhimit të transformatorëve të rrafshët, mbështjelljet luhen nga gjurmët në një tabelë të qarkut të printuar ose seksione bakri që printohen dhe ndahen nga shtresa të ndryshme të materialit izolues.
Dredha-dredha mund të bëhen gjithashtu nga dërrasat me shumë shtresa. Ato vendosen midis bërthamave të vogla të ferritit.
Për sa i përket projektimit të transformatorëve planarë, ato mund të ndahen në disa lloje.
- Komponentët planar të montuar – janë më afër komponentëve induktivë konvencionalë. Ato mund të zëvendësojnë pjesët konvencionale në bordet e qarkut të printuar me një ose shumë shtresa. Lartësia e një komponenti planar të varur mund të reduktohet duke e zhytur bërthamën në një prerje të tabelës së qarkut të printuar. Në këtë rast, dredha-dredha duhet të shtrihet në sipërfaqen e bordit.
- Lloji hibrid i transformatorëve planarë. Ky lloj përfshin futjen e një pjese të mbështjelljes në motherboard. Në të njëjtën kohë, pjesa tjetër e mbështjelljes është e vendosur në një bord qarku të printuar me shumë shtresa, i cili është i lidhur me motherboard. Por në atë rast motherboard duhet të ketë vrima për bërthamën e ferritit.
- Dredha-dredha është e integruar plotësisht në PCB me shumë shtresa. Gjysmat e bërthamës janë të lidhura me ngjitje ose shtrëngim. E gjitha varet nga preferencat e klientit dhe prodhuesit.
Përparësitë e teknologjisë planare
Krahasuar me mbështjelljen konvencionale të telit, teknologjia planare për prodhimin e komponentëve magnetikë ka një sërë përparësish.
Transformatorët planarë gjetën aplikimin e tyre të parë në konvertimin e fuqisë. Për këtë qëllim, ferritet me frekuencë të mesme dhe të lartë u përdorën në transformatorët planarë. Ju mund të blini një transformator planar nga prodhuesi.
Nëse jeni të interesuar në zhvillimin e transformatorëve planarë të bërë me porosi, atëherë induktiviteti i mbytjes së filtrit të linjës mund të rritet duke zëvendësuar ferritin e fuqishëm me materiale me përshkueshmëri të lartë magnetike.
Në transmetimin e sinjalit me puls, një transformator me brez të gjerë i vendosur midis IC gjeneratorit pulsues dhe kabllit siguron shkëputjen dhe përputhjen e rezistencës. Në rastin e një ndërfaqe S- ose T, duhet të jetë gjithashtu ferrit me përshkueshmëri të lartë magnetike.
Shpikja ka të bëjë me inxhinierinë elektrike dhe radio dhe mund të përdoret në prodhimin e një transformatori planar të destinuar për pajisjet portative elektrike dhe inxhinierike radio. Rezultati teknik- rritja e besueshmërisë operacionale të ndërshtresës lidhjet elektrike mbështjelljet e transformatorit për shkak të bashkimit të jastëkëve të kontaktit të dredha-dredha, mundësia e prodhimit të kthesave të dredha-dredha me një seksion kryq të madh dhe, në përputhje me rrethanat, me vlera të mëdha rrymë e lejuar, arritje vlera optimale raporti i transformimit dhe, në përputhje me rrethanat, tensioni i daljes së transformatorit, mundësia e integrimit të mbështjelljeve të transformatorit në një bord qarku të printuar me shumë shtresa gjatë prodhimit të tyre të përbashkët. Arrihet duke prodhuar një mbështjellje shumështresore në sipërfaqen e një matrice metalike galvanoplastike duke prodhuar në mënyrë sekuenciale, së pari, mbështjellje të njëanshme me jastëkë kontakti të brendshëm dhe të jashtëm, pastaj, në bazë të tyre, mbështjellje të printuara të dyanshme, të cilat përbëjnë një shumështresore. dredha-dredha. E brendshme dhe e jashtme pads kontakti prodhohen njëkohësisht me kthesat e mbështjelljeve të njëanshme nga depozitimi elektrolitik i bakrit në zonat e zbrazëta të një maske fotorezistente të aplikuar në sipërfaqen e matricës. Mbështjellësit e kontaktit të brendshëm të mbështjelljeve ngjitur lidhen me saldim gjatë prodhimit të mbështjelljeve të dyanshme, dhe jastëkët e kontaktit të jashtëm lidhen me saldim pas vendosjes së mbështjellësve të dyanshëm në një paketë dredha-dredha me shumë shtresa. Në këtë mënyrë bëhen dhe ngjiten mbështjelljet parësore dhe dytësore të transformatorit. Pastaj priten vrimat në mbështjelljet, në të cilat është instaluar një bërthamë ferriti dhe merret një transformator planar bazuar në një bord qarku të shtypur me shumë shtresa. Metoda bën të mundur prodhimin e transformatorëve planarë të bazuar në një bord qarku të printuar me shumë shtresa duke përdorur si një bërthamë ferriti miniaturë të tipit EH/3.5/5 në sistemin E-E, ashtu edhe me një bërthamë të madhe të tipit Sh 68/21/50, mbi të cilën karakteristikat e daljes së transformatorit mund të merren 100 V dhe 100 A, me një tension furnizimi 12 V. 1 c.p. f-ly, 7 i sëmurë.
Shpikja ka të bëjë me inxhinierinë elektrike dhe radio dhe mund të përdoret në pajisjet portative elektrike dhe inxhinierike radio.
Metoda e prodhimit të një transformatori planar bazuar në një tabelë qarku të printuar me shumë shtresa mund të gjejë aplikim të gjerë. përdorim praktik, nëse lejon prodhimin e një bord qarku të printuar me shumë shtresa të motherboard me via të besueshme ndërshtresore, me kthesa me trashësi të madhe, në të cilën seksioni kryq i kthesës do të korrespondojë me vlerat optimale të rrymës së lejuar.
Metoda duhet të jetë e përshtatshme për prodhimin masiv të transformatorëve planarë.
Ekziston një metodë e njohur për formimin e induktancave planare, e cila konsiston në ndarjen e sipërfaqes së një shiriti kryesor të hollë, të veshur me fletë nga të dy anët, në seksione drejtkëndëshe dhe duke përdorur fotolitografi për të aplikuar një model rrotullimesh në çdo seksion, dhe në një shtesë. shirit aplikohet një model i jastëkëve të kontaktit. Mbushjet e kontaktit në të dy anët e shiritit janë të lidhura elektrikisht me metalizim kimik dhe galvanik të vrimave të brendshme. Më pas, duke përdorur gravurë kimike, bakri hiqet nga zonat e sipërfaqes së shiritit të fletëve që nuk mbrohen nga një maskë fotorezistente. Në të njëjtën kohë, merren linjat e demarkacionit midis seksioneve, pastaj elementët e filmit palosen përgjatë vijave të tyre ndarëse në një fizarmonikë me kompresim i njëkohshëm, ndërsa elementët janë të vendosur njëri mbi tjetrin për të formuar mbështjellje në fazë. Së pari, kaseta shtesë me jastëkë kontakti janë mbështjellë, dhe më pas kaseta kryesore mbështillet. Izolimi midis elementeve të seksioneve ngjitur gjatë procesit të palosjes së shiritave në një fizarmonikë kryhet duke aplikuar një shtresë ngjitëse ose guarnicione shtesë dhe fitohet induktiviteti planar.
Disavantazhet e kësaj metode të njohur përfshijnë besueshmërinë e ulët të tranzicioneve ndërshtresore të një mbështjelljeje me shumë shtresa, kufizimin e trashësisë së rrotullimit të spirales nga trashësia e fletës në dielektrike të fletës, vendndodhjen e jastëkëve të kontaktit në kaseta shtesë, të cilat e bën të vështirë shtrimin e elementeve të spirales dhe rrit volumin e saj.
Ekziston një metodë e njohur për prodhimin e një transformatori planar bazuar në një tabelë qark të shtypur me shumë shtresa, sipas së cilës mbështjelljet e printuara të transformatorit bëhen në një dielektrik me fletë metalike duke e gravuar fletën në vende që nuk mbrohen nga një maskë fotorezistente. Mbështjelljet e printuara më pas mblidhen në një paketë. Ato ndahen me ndarës ngjitës. Pastaj qesja shtypet në temperaturën e forcimit të ngjitësit. Lidhjet elektrike ndërshtresore bëhen ndërmjet mbështjelljeve ngjitur në një mbështjellje të printuar shumështresore me metalizim kimik-galvanik të vrimave. Kështu, bëhen mbështjelljet parësore dhe dytësore të transformatorit. Ato lidhen me njëra-tjetrën me ngjitje. Pastaj krijohen vrima në mbështjelljen e transformatorit për të instaluar bërthamën e ferritit. Një bërthamë ferriti është instaluar dhe siguruar në mbështjelljen e transformatorit dhe një transformator planar është marrë bazuar në një bord qarku të printuar me shumë shtresa. Trashësia e mbështjelljes me shumë shtresa është e kufizuar nga hapësira e lirë në bërthamën e ferritit. Llojet e bërthamave të ferritit janë dhënë nga tipi miniaturë E14/35/5 deri në maksimum 64/10/50. Metoda është miratuar si një prototip.
Disavantazhet e metodës së prototipit përfshijnë besueshmërinë e ulët të lidhjeve elektrike ndërshtresore të marra nga metalizimi kimik-galvanik i vrimave përmes, trashësia e vogël e kthesave të mbështjelljes, e cila kufizohet nga trashësia e fletës në dielektrike të fletës. Kjo e bën të vështirë marrjen e kthesave me një seksion kryq të madh të kërkuar në transformatorët planarë me fuqi të lartë me rrymë e lejuar, për shembull, 100A ose më shumë.
Objektivi i shpikjes është të krijojë një metodë për prodhimin e një transformatori planar bazuar në një tabelë qark të printuar me shumë shtresa me via të besueshme ndërshtresore, si dhe marrjen e kthesave dredha-dredha me trashësi të madhe, gjë që bën të mundur marrjen e seksionit kryq të kërkuar të kthesë, në të cilën vlera aktuale e lejueshme është, për shembull, 100A ose më shumë.
Problemi zgjidhet me faktin se në metodë e njohur Për të prodhuar një transformator planar të bazuar në një tabelë qark të printuar me shumë shtresa, kthesat e bakrit të mbështjelljes me jastëkë kontakti bëhen në përputhje me një model të printuar fotorezistues, mbi të cilin mbështjelljet janë të vendosura në seksione të veçanta drejtkëndore. Pastaj mbështjelljet vendosen në një qese me jastëkë ngjitës të futur midis mbështjelljeve. Qesja shtypet në temperaturën e forcimit të ngjitësit. Krijohen lidhjet elektrike ndërshtresore të mbështjelljeve. Mbështjelljet primare dhe dytësore me shumë shtresa bëhen dhe ngjiten së bashku. Në mbështjelljet në të cilat është instaluar një bërthamë ferriti krijohen vrima, të karakterizuara nga fakti se rrotullimet e mbështjelljes me jastëkë kontakti të brendshëm dhe të jashtëm bëhen nga depozitimi elektrolitik i bakrit në sipërfaqen e një matrice metalike galvanoplastike, e cila është e veshur paraprakisht me një fotorezist. maskë me një model pozitiv të kthesave dredha-dredha dhe pads kontakti, mbështjelljet vendosen në dy rreshta, ndërsa numri total dredha-dredha është e barabartë me numrin e shtresave të një dredha-dredha me shumë shtresa, bakri depozitohet elektrolitikisht në boshllëqet e maskës fotorezistente në një trashësi të caktuar, më pas krijohet mikro-vrazhdësi në sipërfaqen e saj, hiqet maska fotorezistuese dhe një copë litari ngjitëse me dritare vendoset në sipërfaqen e kthesave të bakrit në vendet e jastëkëve të kontaktit të brendshëm dhe të jashtëm, guarnicioni shtypet në kthesa në temperaturën e ngurtësimit të ngjitësit dhe fitohen mbështjellje të shtypura njëanshme, në sipërfaqe aplikohet paste saldimi. e jastëkëve të kontaktit të brendshëm dhe u rimbush, atëherë matrica ndahet në dy pjesë, në secilën prej të cilave ka një rresht mbështjelljesh të njëanshme, pas së cilës të dyja pjesët kombinohen, duke i vendosur ato në paketë, ndërsa së pari ngjitet aplikuar në sipërfaqet e guarnicioneve, mbështjelljet e njëanshme janë ngjitur së bashku dhe merren mbështjellje të shtypura të dyanshme, pas së cilës matrica ndahet nga njëra anë e paketës, jastëkët e kontaktit të brendshëm janë bashkuar, kontaktet e bashkuara mbrohen me llak izolues elektrik, pastaj mbetet vetëm një në mbështjelljen e dyanshme të matricës, dhe pjesa tjetër ndahet nga matrica, vendosen në mënyrë sekuenciale në një paketë në mbështjelljen e mbetur në matricë, së pari aplikohet ngjitësi në sipërfaqja e mbështjelljeve, jaskat e kontaktit të jashtëm vendosen në një rresht në matricë dhe lidhen në çift me saldim, duke filluar nga e dyta dhe duke përfunduar me atë të parafundit, me në këtë rast, jastëkët e parë dhe të fundit të kontaktit janë fillimi dhe fundi i mbështjelljes me shumë shtresa, pas së cilës vendosen jastëkë ngjitës në jastëkët e kontaktit të jashtëm dhe shtypet paketa, merret një mbështjellje e shtypur me shumë shtresa, mbështjelljet primare dhe dytësore të transformatorit të prodhuar në këtë mënyrë ngjiten së bashku, pas së cilës të dyja anët e mbështjelljes Matricat janë të ndara dhe pas krijimit të vrimave në mbështjellje dhe instalimit të një bërthame ferriti, fitohet një transformator planar i bazuar në një tabelë shumështresore.
Metoda është ilustruar me vizatime, Fig.
Figura 1 tregon një matricë alumini mbi të cilën mbështjellja rrotullohet me jastëkë kontakti dhe është bërë një copë litari izoluese elektrike me dritare. Guarnicioni është projektuar për të transferuar kthesat e bakrit mbi të për të formuar mbështjellje të njëanshme.
Figura 2 tregon mbështjelljet e dyanshme, të cilat fitohen pas ngjitjes së mbështjelljeve të njëanshme
Figura 3 tregon një mbështjellje dytësore shumështresore të formuar nga ngjitja e mbështjelljeve të dyanshme.
Figura 4 tregon mbështjelljen parësore.
Figura 5 tregon mbështjelljen e transformatorit të marrë pas ngjitjes së mbështjelljes parësore dhe dytësore me një vrimë për instalimin e bërthamës.
Figura 6 tregon një transformator planar të bazuar në një bord qarku të printuar me shumë shtresa.
Figura 7 tregon një transformator planar të integruar në një bord qarku të printuar me shumë shtresa.
Metoda zbatohet si më poshtë
Kthesat e mbështjelljes së bakrit me jastëkë kontakti bëhen nga depozitimi elektrolitik i bakrit në sipërfaqen e një matrice galvanoplastike metalike. Nga asortimenti i madh i matricave galvanoplastike metalike, më efektive për zgjidhjen e problemit është matrica e aluminit. Meqenëse nga një matricë alumini është e mundur të transferohen përçuesit e printuar prej bakri nga matrica në një bazë të hollë dielektrike. Është gjithashtu e mundur që produktet e bakrit të shtypura të hidhen nga matrica e aluminit. Prandaj, nga matrica e aluminit është e mundur që njëkohësisht të transferohen kthesat e printuara të bakrit të mbështjelljes në një ndarës dielektrik dhe të ndahen jastëkët e kontaktit nga matrica. Si një matricë alumini 1 (Fig. 1), përdoret aliazh alumini i mbështjellë, për shembull, klasa D16T, me trashësi 0,1-0,3 mm. Matrica përgatitet për veshjen e metaleve duke anodizuar në acid sulfurik 4N me një densitet të rrymës prej 1A/dm2. Materiali i maskës fotorezistuese përdoret në varësi të trashësisë së kthesave të dredha-dredha të prodhuara. Për kthesa të holla deri në 50 mikronë, mund të përdorni një fotorezist të filmit, për shembull, markë SPF-VShch-2-50. Për kthesat që tejkalojnë një trashësi prej 50 mikron, përdoret bojë rezistente ndaj galvanisë, për shembull, marka STZ.13, e cila aplikohet me printim në ekran. Një maskë fotorezistente 2 me një model pozitiv të kthesave të mbështjelljes 3 me jastëkë kontakti të brendshëm 4 dhe të jashtëm 5 aplikohet në sipërfaqen e matricës 1 (Fig. 1 Modeli i fotorezistit të maskës 2 përbëhet nga dy rreshta mbështjelljesh 3). Numri i mbështjelljeve 3 në dy rreshta korrespondon me numrin e shtresave në një mbështjellje me shumë shtresa Bakri depozitohet elektrolitikisht në zonat e zbrazëta të modelit fotorezistues nga një elektrolit sulfat acid i përbërjes së bakrit në g/l: sulfat bakri - 250, acid sulfurik - 70, dendësia e rrymës 4 A/dm 2, temperatura 20±2°C . Pas arritjes së një trashësie të caktuar të depozitës së bakrit, në sipërfaqen e saj depozitohet një depozitë e përafërt bakri, e cila synon të rrisë forcën e ngjitjes midis kthesave të mbështjelljes dhe ndarësit dielektrik 6. Depozita e përafërt depozitohet në modalitetin pulsues nga një tretësirë e përbërjes në g/l: sulfat bakri 35-45, acid sulfurik 180 -200, temperatura 22-26°C, koha e depozitimit 0,5 min, koha e pauzës 0,025 min, dendësia e rrymës 6 A/dm 2. Kohëzgjatja e depozitimit për të arritur një sipërfaqe të ashpër në një vlerë Ra prej 2 µm. Pastaj maska e fotorezistencës hiqet nga matrica 1 duke e tretur në tretës të përshtatshëm: fotorezist i filmit në një tretësirë alkali 5% dhe bojë rezistente ndaj galvanisë në një tretës organik, për shembull, klorur etilen. Pas kësaj, në mbështjelljet e bakrit vendoset një copë litari me tekstil me fije qelqi izolues elektrik 6, i ngopur me një lidhës ngjitës nën polimerizuar, me një temperaturë ngurtësimi prej 155 ± 5 ° C, për shembull, marka SP-1-01. Në guarnicionin 6, dritaret 7 janë prerë në vendet e jastëkëve të kontaktit 4 dhe 5 (Fig. 1). Trashësia totale e copë litari 6 duhet të jetë të paktën dy herë më e madhe se trashësia e kthesave 3, pasi kur shtypni guarnicionet 6 në kthesat e bakrit 3, këto të fundit vendosen në copë litari 6 për të gjithë trashësinë e kthesës. Guarnicionet 6 shtypen në kthesat 3 në temperaturën e ngurtësimit të lidhësit ngjitës. Në këtë rast, formohen mbështjellje të njëanshme 8, për shembull, shkalla PP1, e bazuar në saldimin POS-61 me një pikë shkrirjeje 190-230 ° C, aplikohet në sipërfaqen e jastëkëve të kontaktit të brendshëm dhe. pasta e saldimit derdhet në një temperaturë prej 90-100°C. Mbështjelljet ngjitur 3 në çdo rresht kanë një rregullim të tillë të jastëkëve të kontaktit të brendshëm 4 që nëse mbështjelljet ngjitur vendosen njëra mbi tjetrën, mbështjelljet e kontaktit 4 përkojnë dhe është e mundur t'i lidhni ato me saldim. Në këtë rast, jastëkët e kontaktit të jashtëm të 5 mbështjelljeve ngjitur do të vendosen në një distancë të barabartë me hapin midis kthesave ngjitur në mbështjellje. Për të kombinuar mbështjelljet ngjitur të vendosura në dy rreshta dhe për të formuar mbështjellje të shtypura të dyanshme, matrica 1 ndahet në dy pjesë, në secilën prej të cilave ka një rresht mbështjelljesh të njëanshme 8. Më pas vendosen pjesët e ndara të matricës 1. në një paketë në përputhje me vendndodhjen e shenjave të referencës 10 në secilën pjesë të matricës. Paketa është ngjitur, duke përdorur një copë litari 6 (Fig. 2), e cila ka dritare 7 në vendet e jastëkëve të kontaktit 5. Në njërën anë të paketës, matrica 1 është e ndarë dhe më pas kryhet saldimi kontaktet e brendshme 4 mbështjellje ngjitur. Pas kësaj, kontaktet e salduara 4 janë të veshura me llak izolues elektrik 11, për shembull, markë KO-926, dhe përftohen mbështjellje të dyfishta të printuara 12, një jastëk ngjitës 6" Fig. 2 me trashësi 0,06-0,1 mm me dritare. 7 në disa vende vendoset në mbështjelljet e dyanshme 12 vendndodhja e jastëkëve të kontaktit të jashtëm 5 dhe ngjitet nën presion në temperaturën e ngurtësimit të ngjitësit Për të marrë një mbështjellje të printuar me shumë shtresa nga mbështjelljet e dyanshme 12, vetëm një. mbështjellja e njëanshme 12 lihet në matricë, dhe pjesa tjetër ndahet nga matrica dhe vendoset në mënyrë sekuenciale në një paketë sipër mbështjelljes 12 të mbetur në matricë 1 (Fig. 3 Mbajtësit e kontaktit 5 janë të lidhur në çifte me saldim me një temperaturë shkrirjeje më të lartë se temperatura e ngurtësimit të lidhësit, për shembull, saldimi i markës POS-61 fillon nga kontakti i dytë). me atë të parafundit.Në këtë rast, jastëkët e parë dhe të fundit të kontaktit 5 janë fillimi dhe fundi i mbështjelljes me shumë shtresa 14 (Fig.3). I gjithë rreshti i jastëkëve të kontaktit 13 shtypet në sipërfaqen e matricës 1 me jastëkë ngjitës derisa të arrihet trashësia e paketës së mbështjelljes me shumë shtresa 14 Më pas paketimi shtypet në temperaturën e forcimit të ngjitësit dhe fitohet një mbështjellje dytësore shumështresore 14. Fig. 3). Dredha-dredha kryesore 15 prodhohet në mënyrë të ngjashme (Fig. 4). Pastaj mbështjelljet 14 dhe 15 janë ngjitur së bashku nën një shtyp. Ndani matricën 1 nga të dy anët e mbështjelljes së printuar të transformatorit. Pastaj vrimat 16 priten në mbështjelljen e transformatorit, të nevojshme për instalimin e bërthamës së ferritit (Fig. 5), një bërthamë ferriti 17 është instaluar në mbështjellje (Fig. 6), e siguruar me një pllakë 18 dhe një transformator planar me një shumë shtresa fitohet pllaka e qarkut të shtypur 19.
Mundësia e integrimit të një transformatori planar 19 në një bord qarku të printuar me shumë shtresa bazohet në faktin se teknologjia e prodhimit të një transformatori planar dhe një bordi qarku të printuar me shumë shtresa ka operacione të ngjashme teknologjike. Kështu, në prodhimin e një transformatori planar, mbështjelljet parësore dhe dytësore janë ngjitur, dhe në prodhimin e një bordi qark të shtypur me shumë shtresa, boshllëqet nga bordet e qarkut të printuar të njëanshëm ose të dyanshëm janë ngjitur së bashku. Prandaj, propozohet të kryhet ngjitja e njëkohshme e mbështjelljeve të transformatorit dhe boshllëqeve të bordit të qarkut të printuar me shumë shtresa. Tipar dallues Ngjitje e tillë është se kryhet përpara se mbështjelljet të ndahen nga matrica (Fig. 3 dhe Fig. 4). Prandaj, sipërfaqja e mbështjelljeve mbrohet nga efektet e zgjidhjeve agresive, të cilat përdoren pas ngjitjes së boshllëqeve të një bordi qarku të shtypur me shumë shtresa në procesin e prodhimit të kryqëzimeve ndërshtresore të metalizimit kimiko-galvanik, si dhe gjatë krijimit të topologjisë së bakrit. përçuesit e shtypur në shtresat e jashtme me gravurë kimike të një dielektrike me fletë metalike. Pas përfundimit të prodhimit të një bordi qark të printuar me shumë shtresa, matricat ndahen nga sipërfaqja e mbështjelljes. Në mbështjelljet në të cilat është instaluar një bërthamë ferriti 17 krijohen vrima (Fig. 7). Figura 7 tregon një tabelë qark të printuar me shumë shtresa në të cilën është integruar një transformator planar. Siç shihet, mbështjelljet e transformatorit 14 dhe 15, si dhe boshllëqet 21 dhe 22 të bordit të printuar me shumë shtresa, janë ngjitur së bashku me një copë litari të vetme 20. Si rezultat, transformatori planar 19 i bazuar në tabelën e qarkut të printuar me shumë shtresa 14 dhe 15 është i integruar në tabelën e qarkut të printuar me shumë shtresa 23.
Kështu, metoda e zhvilluar bën të mundur prodhimin e një transformatori planar të bazuar në një bord qarku të printuar me shumë shtresa me besueshmëri të lartë operacionale, pasi lidhjet elektrike të ndërlidhura bëhen duke bashkuar jastëkët e kontaktit të mbështjelljeve ngjitur. Përveç kësaj, metoda bën të mundur prodhimin e mbështjelljeve me trashësi të madhe. Metoda nuk kufizon numrin e mbështjelljeve të dyanshme të vendosura në një paketë kur formohet një mbështjellje me shumë shtresa, kështu që është e mundur të arrihet një raport optimal i transformimit. Metoda është e përshtatshme për prodhim masiv, pasi operacionet kryesore teknologjike të metodës mund të kryhen në pajisje me performancë të lartë të zotëruara nga ndërmarrjet industriale, përkatësisht: aplikimi i një modeli fotorezistues në matricë duke përdorur fotolitografi, depozitimi elektrolitik i bakrit në zonat boshe. i modelit fotorezistues me formimin e kthesave të bakrit dhe jastëkëve të kontaktit, formimi i pllakave të qarkut të printuar të njëanshëm duke transferuar bakër qark i printuar në një bazë izoluese elektrike, formimi i një bord qarku të printuar me shumë shtresa të bazuara në bordet e qarkut të printuar të njëanshëm dhe të dyanshëm. Përveç kësaj, është zhvilluar një metodë për integrimin e një transformatori planar në një bord qarku të printuar me shumë shtresa gjatë prodhimit të tyre të përbashkët.
Metoda kryhet si më poshtë.
Shembulli 1. Një transformator i rrafshët prodhohet në bazë të një bord qarku të printuar me shumë shtresa me një bërthamë ferriti në miniaturë të tipit E 14/3.5/5, në të cilin hapësira e lirë për vendosjen e një mbështjelljeje shumështresore është 4 × 2 mm, ku 4 mm është gjerësia hapesire e lire, dhe 2 mm është lartësia. Dredha-dredha kryesore e transformatorit mundësohet nga një burim rrymë me tension 3 V. Rryma e lejuar në një kthesë të mbështjelljes dytësore është 0.25A. Ne përcaktojmë seksionin kryq të kërkuar të kthesave të mbështjelljes dytësore bazuar në vlerën e rrymës së lejuar përmes përçuesit të printuar të bakrit, i cili bëhet nga depozitimi galvanik i bakrit dhe është i barabartë me 20 A/mm 2. Seksioni kryq i kthesës së bakrit të mbështjelljes dytësore me një rrymë të lejuar prej 0,25 A është përkatësisht e barabartë me 0,0125 mm 2. Pastaj, me një gjerësi kthese të mbështjelljes dytësore të barabartë me 0,25 mm 2, trashësia e kthesës është 0,05 mm.
Ne përcaktojmë numrin e shtresave të mbështjelljeve që mund të rregullohen sipas lartësisë së hapësirës së lirë të bërthamës, e barabartë me 2 mm. Në hapësirën e lirë të bërthamës është e nevojshme të vendosen mbështjelljet parësore dhe dytësore të transformatorit, të cilat janë të lidhura me njëra-tjetrën me një copë litari ngjitëse. Në këtë rast, është e mundur të shpërndahet hapësira e lirë e bërthamës: dredha-dredha parësore - 0,6 mm, sekondare - 1,2 mm, ndarës ngjitës - 0,2 mm.
Kthesat e bakrit 3, të depozituara në matricën 1, shtypen në guarnicionin izolues elektrik 6 në të gjithë trashësinë e kthesës 3. Prandaj, trashësia e guarnicionit 6 duhet të ketë një trashësi prej të paktën dy trashësi të kthesës 3. një trashësi prej një kthese të mbështjelljes dytësore të barabartë me 0.05 mm, trashësia e copë litari duhet të jetë e barabartë me 0.2 mm. Prandaj, trashësia e një shtrese dredha-dredha është 0.2 mm. Prandaj, numri i shtresave në mbështjelljen dytësore me trashësi 1.2 mm është gjashtë. Me gjashtë shtresa në mbështjelljen dytësore dhe gjashtë rrotullime në një shtresë mbështjelljeje, numri i kthesave në mbështjelljen dytësore është tridhjetë e gjashtë. Kur numri i kthesave të mbështjelljes parësore është 4, raporti i transformimit është 9. Me një tension në hyrje të mbështjelljes parësore të barabartë me 3 V, tensioni në daljen e mbështjelljes dytësore kur transformatori është në boshe është 27 V. .
Për të prodhuar mbështjelljen dytësore, në sipërfaqen e matricës së aluminit bëhen gjashtë shtresa mbështjelljesh me jastëkë kontakti. Ato janë të rregulluara në dy rreshta me tre mbështjellje në çdo rresht (Fig. 1). Çdo mbështjellje përbëhet nga 3 rrotullime, 4 jastëkë kontakti të brendshëm dhe 5 jastëkë kontakti të jashtëm. Sipërfaqja e mbështjelljes që kërkohet për të bërë gjashtë mbështjellje përcaktohet nga madhësia e sipërfaqes së kërkuar për një mbështjellje, e barabartë me 14x18 mm, dhe distanca midis mbështjelljes, e barabartë me 30. mm . Sipërfaqja në matricën e destinuar për prodhimin e mbështjelljes dytësore është 58 × 145 mm. Një model pozitiv fotorezistues prej gjashtë mbështjelljesh me jastëkë kontakti aplikohet në sipërfaqen e matricës duke përdorur fotolitografi duke përdorur fotorezistuesin e filmit të markës SPF-VShch-2-50. Bakri depozitohet elektrolitikisht në zonat e boshllëkut të modelit fotorezistues nga një elektrolit acid i sulfatit të bakrit me një trashësi prej 0,05 mm, më pas një depozitim i ashpër bakri depozitohet elektrolitikisht nga një elektrolit i sulfatit të bakrit i varfëruar në përmbajtjen e bakrit në një mënyrë pulsi. Pastaj fotorezisti i filmit hiqet në një zgjidhje të dobët alkaline. Një copë litari me tekstil me fije qelqi 6 me trashësi 0,2 mm, e ngopur me një lidhës ngjitës termorregullues vendoset në kthesat e bakrit të mbështjelljes. Së pari, dritaret 7 janë prerë në guarnicionin në vendet e jastëkëve të kontaktit 4 dhe 5. Kthesat me 3 mbështjellje shtypen në copë litari dhe përftohen gjashtë mbështjellje të njëanshme 8 Pasta e saldimit 9 pasta shkrihet në temperaturën 90-100°C.
Matrica 1 është e ndarë në dy seksione, secila prej të cilave ka një rresht mbështjelljesh. Pastaj, në përputhje me shenjat e referencës 10, seksionet e ndara të matricave vendosen në një paketë (Fig. 2) në mënyrë të tillë që jastëkët e kontaktit të brendshëm 4 të mbështjelljeve ngjitur të përkojnë për lidhje të mëtejshme me saldim, dhe kontakti i jashtëm jastëkët 5 janë të vendosur afër në një distancë që korrespondon me hapin midis kthesave (Fig.2). Të dyja gjysmat e matricës 1 janë ngjitur së bashku nën presion në temperaturën e forcimit të ngjitësit. Pastaj matrica ndahet vetëm nga njëra anë e paketës. Pastaj jastëkët e kontaktit të brendshëm të 4 mbështjelljeve ngjitur janë bashkuar. Kontaktet e salduara 4 mbrohen me llak izolues elektrik 11 dhe tre mbështjellje të dyanshme 12 janë marrë në matricën 1. Në sipërfaqen e të gjitha mbështjelljeve 12, një copë litari 6" me trashësi 0,1 mm me dritaret 7 është ngjitur nën një shtypni në vendet e jastëkëve të kontaktit 5 (Fig. 2).
Pas kësaj, një mbështjellje e dyanshme 12 lihet në matricën 1 dhe dy mbështjellje të dyanshme ndahen nga matrica. Ato vendosen në mënyrë sekuenciale në një pako me një shtresë ngjitëse të ndërmjetme mbi mbështjelljen 12 të mbetur në matricë. Mbushjet e kontaktit 5 lidhen në çifte duke bashkuar me saldim me një temperaturë shkrirjeje më të lartë se temperatura e ngurtësimit të lidhësit ngjitës. Lidhjet e saldimit në çift fillojnë me kontaktin e dytë 5 dhe përfundojnë me kontaktin e parafundit 5 në rreshtin 13. Në këtë rast, jastëkët e parë dhe të fundit të kontaktit janë fillimi dhe fundi i mbështjelljes dytësore shumështresore 14. Më pas jastëkët e kontaktit 13 shtypen në matrica 1 me një jastëk ngjitës. Mbi të vendoset një copë litari nivelimi derisa të arrihet trashësia e paketimit 14 Pas së cilës paketimi shtypet në temperaturën e ngurtësimit të ngjitësit dhe fitohet një mbështjellje dytësore shumështresore e transformatorit planar, i cili ndodhet në matricën 1, Fig. 3.
Dredha-dredha kryesore e një transformatori planar prodhohet në mënyrë të ngjashme. Trashësia totale e mbështjelljes primare është 0.6 mm. Dredha-dredha kryesore përbëhet nga dy shtresa. Trashësia e shtresës së mbështjelljes është 0.3 mm. Kjo bën të mundur prodhimin e kthesave të mbështjelljes parësore me trashësi 0,1 mm ose më shumë. Gjerësia e hapësirës së lirë në bërthamë është 4 mm, dhe në të duhet të vendosen dy kthesa të mbështjelljes parësore, kështu që gjerësia e kthesës mund të jetë e barabartë me 1 mm, duke marrë parasysh distancën midis kthesave, e cila është gjithashtu e barabartë me 1 mm. Seksioni kryq i kthesave të mbështjelljes parësore është i barabartë me 0,1 mm 2, që korrespondon me rrymën e lejuar në kthesat e mbështjelljes primare të barabartë me 2,5 A. Sipërfaqja e secilës mbështjellje është 14 × 18 mm. Për të prodhuar dy mbështjellje të njëanshme, përdoret një matricë alumini 1 me përmasa 110×60 mm. Bojë galvano-rezistente përdoret si maskë fotorezistente, e cila aplikohet me printim në ekran. Pastaj kthesat e bakrit të mbështjelljes rriten elektrolitikisht në një trashësi prej 0,1 mm. Mbushjet e kontaktit të 4 mbështjelljeve ngjitur janë të lidhura me saldim. Dy kontakte të jashtme 5 shërbejnë si fillimi dhe fundi i mbështjelljes parësore (Fig. 4). Pastaj mbështjelljet sekondare 14 dhe 15 primare vendosen në një paketë me një copë litari të ndërmjetme 0,2 mm të trashë. Dredha-dredha janë ngjitur nën presion në temperaturën e forcimit të ngjitësit. Ndani matricat 1 nga të dyja anët e mbështjelljes së transformatorit. Vrimat 16 (Fig.5) janë prerë për bërthamën 17 (Fig.6). Instaloni bërthamën 17 të tipit E 14/3.5/5. Është fiksuar me pllakën 18 dhe një transformator planar është marrë në bazë të një bord qarku të printuar me shumë shtresa 19 me një tension hyrje 3 V dhe një tension daljeje 27 V.
Shembulli 2. Përcaktohen parametrat e një bërthame ferriti të përshtatshme për një transformator të rrafshët të bazuar në një tabelë qarku të printuar me shumë shtresa me tension operativ 100 V dhe rrymë ngarkese afatshkurtër prej 100 A. Transformatori mundësohet nga një burim rrymë me një tension prej 12 V. Transformatori planar është prodhuar sipas metodës së shembullit 1 .
Është e nevojshme të përcaktohet madhësia e hapësirës së lirë në bërthamën e ferritit, e cila mund të akomodojë mbështjelljet parësore dhe dytësore të transformatorit dhe ndarësin ngjitës midis tyre.
Përcaktoni madhësinë e mbështjelljes dytësore dhe primare të transformatorit. Duke ditur vlerën e tensionit të daljes së transformatorit dhe vlerën e tensionit të furnizimit, përcaktojmë raportin e transformimit të barabartë me 8. Supozojmë se numri i kthesave të mbështjelljes parësore është katër, pastaj numri i kthesave në mbështjelljen dytësore është tridhjetë e dy. Seksioni kryq i mbështjelljes dytësore duhet të korrespondojë me vlerën e një rryme afatshkurtër prej 100 A. Në një rrymë prej 100 A, seksioni kryq i kthesës duhet të jetë 2.5 mm 2. Prandaj, me një gjerësi spirale prej 3 mm, trashësia e saj është 0.83 mm. Hendeku midis kthesave është gjithashtu 3 mm, kështu që çdo kthesë kërkon një hapësirë prej 6 mm të gjerë. Me katër kthesa në një shtresë dredha-dredha, kërkohet një gjerësi e hapësirës së lirë në bërthamë prej 24 mm.
Meqenëse ka tridhjetë e dy kthesa në mbështjelljen dytësore, ato mund të vendosen në tetë shtresa mbështjelljesh, katër kthesa në secilën dredha-dredha.
Lartësia e kërkuar e hapësirës së lirë në bërthamë përcaktohet nga shuma e trashësisë së mbështjelljes primare dhe dytësore dhe trashësia e ndarësit ngjitës. Trashësia e mbështjelljes dytësore përcaktohet nga shuma e tetë trashësive të copëzave në të cilat shtypen kthesat e bakrit të mbështjelljes. Me një trashësi spirale bakri prej 0,83 mm, trashësia e copë litari është 2 mm. Pastaj trashësia e mbështjelljes dytësore është 16 mm.
Përcaktoni trashësinë e mbështjelljes primare. Gjerësia e hapësirës së lirë në bërthamë për mbështjelljet sekondare dhe parësore është e njëjtë dhe e barabartë me 24 mm. Dredha-dredha kryesore përmban katër kthesa në dy shtresa. Prandaj, në një shtresë të mbështjelljes ka dy kthesa me gjerësi kthese 6 mm, me një distancë midis kthesave gjithashtu 6 mm. Me një trashësi spirale prej 0,5 mm, trashësia e copë litari është 2 mm. Pastaj trashësia e mbështjelljes primare është 4 mm. Nëse trashësia e jastëkut ngjitës është 0,2 mm, atëherë lartësia totale e hapësirës së lirë në bërthamë për të akomoduar mbështjelljen e transformatorit duhet të jetë 20,2 mm. Kështu, një bërthamë ferriti me një hapësirë të lirë prej 24x20.2 mm është e përshtatshme për një transformator planar me fuqi të lartë.
Ne përcaktojmë dimensionet e bërthamës së ferritit në formë W (Fig. 6). Gjatësia e bërthamës së ferritit në formë W përbëhet nga dy seksione për vendosjen e një mbështjelljeje të printuar shumështresore të transformatorit, e vendosur në të dy anët e shufrës qendrore, Fig.6. Me një gjerësi shufre qendrore prej 10 mm dhe shufra anësore 5 mm, gjatësia totale e transformatorit planar është (24×2)+10+(5×2)=68 mm. Lartësia e bërthamës së ferritit përbëhet nga lartësia e hapësirës së lirë të bërthamës dhe trashësia e pjesës kryesore të bërthamës nga e cila shtrihen shufrat qendrore dhe anësore. Me një lartësi të hapësirës së lirë të bërthamës të barabartë me 20.2 mm, një trashësi të pjesës kryesore të bërthamës e barabartë me 6 mm, lartësia e bërthamës së ferritit është 26.2 mm.
Kështu, bërthama e ferritit në formë W për një transformator të fuqishëm planar me një tension dalës 100 V dhe një rrymë prej 100 A, i mundësuar nga një burim rrymë 12 V, ka dimensione 68/26.2/50 mm. Kur përdorni një bërthamë të tipit E për një sistem E-E, bërthama do të jetë e tipit E68/13.1/50.
Shembulli 3. Një bord qarku i printuar me shumë shtresa është prodhuar me një transformator planar të integruar në të.
Një tabelë e qarkut të printuar me shumë shtresa është bërë duke përdorur metodën e shtypjes në çift. Pse të merrni dy boshllëqe me fletë dielektrike në të dyja anët. Aktiv brendaÇdo pjesë e punës krijohet me topologjinë e një qarku të printuar bakri duke e gravuar fletën në zona që nuk mbrohen nga një maskë fotorezistente. Më pas, në secilën pjesë të punës hapen përmes vrimave dhe metalizimi i tyre kryhet me depozitim kimiko-galvanik të bakrit. Pas kësaj, pjesët e punës janë ngjitur së bashku.
Duke përdorur teknologjinë e shembullit 1, një mbështjellje primare 15 dhe një mbështjellje dytësore 14 bëhen në matricën 1 (Fig. 3 dhe Fig. 4), të cilat gjithashtu i nënshtrohen ngjitjes. Merrni një jastëk me tekstil me fije qelqi 20 (Fig. 7) të ngopur me ngjitës, në të dy anët e së cilës janë shtruar boshllëqet e një bordi qarku të printuar me shumë shtresa 21 dhe 22, si dhe mbështjelljet 14 dhe 15 Paketa shtypet në temperaturën e ngurtësimit ngjitësin. Më pas përfundon prodhimi i tabelës së qarkut të printuar shumështresor 23, për të cilin hapen vrima për të krijuar viza ndërshtresore dhe ato i nënshtrohen metalizimit kimiko-galvanik. Topologjia e qarkut të printuar prej bakri krijohet më pas në shtresat e jashtme të tabelës duke e gravuar fletën në zona që nuk mbrohen nga maska fotorezistuese. Në procesin e përfundimit të prodhimit të një bordi qarku të printuar me shumë shtresa, mbështjelljet 14 dhe 15 të transformatorit planar mbrohen nga efektet e zgjidhjeve agresive nga matrica 1. Pas përfundimit të prodhimit të tabelës me shumë shtresa 23, matricat ndahen nga mbështjelljet 14 dhe 15, krijohen vrima për instalimin e bërthamës së ferritit 17. Bërthama e ferritit 17 është instaluar, një pllakë ferriti 18 është ngjitur në të. Përftohet një transformator i rrafshët 19, i integruar në një bord qarku të printuar me shumë shtresa.
Rezultati teknik
Metoda e propozuar bën të mundur prodhimin e një transformatori planar me besueshmëri të lartë operacionale, sepse lidhjet ndërshtresore të një dredha-dredha të printuar me shumë shtresa merren duke bashkuar jastëkët e kontaktit duke përdorur saldim zjarrdurues. Metoda bën të mundur prodhimin e kthesave dredha-dredha me trashësi të madhe, dhe për këtë arsye me një vlerë të madhe tërthore të kthesës dhe për rrjedhojë me një rrymë të madhe të lejueshme në kthesë.
Mungesa e kufizimeve në numrin e mbështjelljeve të dyanshme nga të cilat bëhen mbështjelljet me shumë shtresa lejon mbushjen e plotë të hapësirës së lirë të bërthamës dhe arritjen e numrit optimal të kthesave në një mbështjellje me shumë shtresa.
Metoda bën të mundur integrimin e një transformatori planar në një bord qarku të printuar me shumë shtresa gjatë prodhimit të tyre të përbashkët. Bazuar në metodën e propozuar, është e mundur të kryhet prodhimi masiv i transformatorëve planar bazuar në një bord qarku të shtypur me shumë shtresa.
Burimet e informacionit
1. Metoda e formimit të induktorëve planarë. Abstrakt i shpikjes ruse, aplikimi 93006715/07 datë 03.02.1993, botuar 20.04.1995.
2. Transformator planar i bazuar në bordet e qarkut të printuar me shumë shtresa. Komponentët dhe teknologjitë. 2003, nr 6”, fq 106-112. Prototip.
3. Elektrplimi. M.: Metalurgji, 1987, fq 572-573.
6. Teknologjia e bordit të qarkut të printuar me shumë shtresa. M.: Radio dhe komunikim, 1990, fq. 63, 74.
7. Teknologjia e bordit të qarkut të printuar me shumë shtresa. M.: Radio dhe komunikim, 1990, f.46.
8. Teknologjia e bordit të qarkut të printuar me shumë shtresa. M.: Radio dhe komunikim, 1990, f.38.
9. Montimi në sipërfaqe. M.: Shtëpia Botuese Standarde, 1991, f.28.
10. Manual i materialeve elektrike. M.: Energjia, 1974, f.253.
11. Fedulova A.A. dhe të tjera tabela të shtypura me shumë shtresa. M.: Radio Sovjetike, 1977, fq 183-193.
12. Arenkov A.B. Elemente të printuara dhe filmike pajisje radio-elektronike. L.: Energjia, 1971, f.19.
1. Një metodë për prodhimin e një transformatori planar bazuar në një tabelë qarku të printuar me shumë shtresa, duke përfshirë prodhimin e kthesave të bakrit të mbështjelljeve me jastëkë kontakti në përputhje me një model të printuar fotorezistues, mbi të cilin mbështjelljet janë të vendosura në seksione të veçanta drejtkëndore, pastaj mbështjelljet vendosen në një pako me jastëkë ngjitës të përfshirë midis mbështjellësve, shtypja kryhet në paketim në temperaturën e ngurtësimit të ngjitësit, krijohen lidhje elektrike ndërshtresore të mbështjellësve, bëhen mbështjellje primare dhe dytësore me shumë shtresa dhe ngjiten së bashku, krijohen vrima në mbështjellje në të cilat është instaluar një bërthamë ferriti, e karakterizuar në atë që kthesat e mbështjelljeve me jastëkë kontakti të brendshëm dhe të jashtëm bëhen nga depozitimi elektrolitik i bakrit në sipërfaqen e një matrice metalike galvanoplastike, e cila është e veshur paraprakisht me një maskë fotorezistente me një model pozitiv të kthesat e mbështjelljes dhe jastëkëve të kontaktit, mbështjelljet janë të rregulluara në dy rreshta, me numrin e përgjithshëm të mbështjelljeve të barabartë me numrin e shtresave të një mbështjelljeje me shumë shtresa, bakri depozitohet elektrolitikisht në zonat e boshllëkut të maskës fotorezistente në një trashësi të caktuar; Në sipërfaqen e saj krijohet mikrovrazhdësi, hiqet maska e fotorezistencës dhe vendoset një copë litari ngjitëse me dritare në sipërfaqen e kthesave të bakrit në vendet e jastëkëve të kontaktit të brendshëm dhe të jashtëm, guarnicioni shtypet në kthesat në kurim. Përftohet temperatura e ngjitësit dhe mbështjelljet e shtypura të njëanshme, aplikohen në sipërfaqen e pastës së saldimit të jastëkëve të kontaktit të brendshëm dhe kryhet rikthimi i saj, më pas matrica ndahet në dy pjesë, në secilën prej të cilave ka një rresht. të mbështjelljeve të njëanshme, pas së cilës të dyja pjesët kombinohen, duke i vendosur në një qese, ndërsa ngjitja aplikohet fillimisht në sipërfaqet e guarnicioneve, mbështjelljet e njëanshme ngjiten së bashku dhe fitohen mbështjellje të shtypura të dyanshme, pas së cilës matrica ndahet nga njëra anë e paketimit, jastëkët e kontaktit të brendshëm janë bashkuar, kontaktet e salduara mbrohen me llak izolues elektrik, më pas në matricë ka mbetur vetëm një mbështjellje e dyanshme dhe pjesa tjetër ndahet nga matricë, ato vendosen në mënyrë sekuenciale në paketim në mbështjelljen që mbetet në matricë, ngjitja aplikohet fillimisht në sipërfaqen e mbështjelljeve, jastëkët e kontaktit të jashtëm vendosen në një rresht në matricë dhe lidhen në çifte me saldim, duke filluar nga e dyta dhe duke përfunduar me atë të parafundit, ndërsa jastëkët e parë dhe të fundit të kontaktit janë fillimi dhe fundi i mbështjelljes me shumë shtresa, pas së cilës jastëkët e kontaktit të jashtëm vendosen me jastëkë ngjitës dhe shtypet paketa, fitohet një mbështjellje e printuar me shumë shtresa. , mbështjelljet parësore dhe dytësore të transformatorit prodhohen kështu, ngjiten së bashku, pas së cilës matricat ndahen nga të dy anët e mbështjelljes dhe pas krijimit të vrimave në mbështjellje dhe instalimit të një bërthame ferriti, përftohet një transformator i rrafshët bazuar në bordin me shumë shtresa. .
2. Metoda sipas pretendimit 1, karakterizuar nga fakti që ngjitja e mbështjelljeve parësore dhe dytësore të transformatorit planar kryhet njëkohësisht me ngjitjen e pjesëve të zbrazëta të shtresave të tabelës së qarkut të printuar me shumë shtresa duke përdorur një copë litari të përbashkët, pastaj prodhimi i mëtejshëm i bordit të qarkut të printuar me shumë shtresa kryhet duke formuar topologjinë e qarkut të bakrit duke gdhendur dielektriken e fletës dhe duke krijuar lidhje elektrike ndërshtresore me metalizimin kimiko-galvanik, gjatë këtyre operacioneve mbështjelljet e transformatorit mbrohen nga veprimi i solucioneve agresive nga një matricë pas prodhimit të një bord qarku të printuar me shumë shtresa, matricat ndahen nga sipërfaqja e mbështjelljes, krijohen vrima në to, instalohet një bërthamë ferrit dhe fitohet një transformator planar i integruar në bordin e qarkut të printuar me shumë shtresa.
Patenta të ngjashme:
Shpikja ka të bëjë me inxhinierinë elektrike dhe radio dhe mund të përdoret në prodhimin e një transformatori planar të destinuar për pajisje portative elektrike dhe inxhinierike radio.
