Një metodë për prodhimin e një transformatori planar bazuar në një bord qarku të printuar me shumë shtresa. Payton Planar Transformers and Chokes (2005)

Në artikullin e mëparshëm, u morën parasysh 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 ndërtohen si komponentë prizë, si një montim PCB me një shtresë ose si një PCB i vogël me shumë shtresa, ose të ngulitur 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;
• induktiviteti i ulët i rrjedhjes;
• përsëritshmëri e shkëlqyer e vetive.

Matjet e parametrave të funksionimit të transformatorëve planarë me bërthama dhe mbështjellje në formë E, 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 bërthamës. Kështu, me rritjen e kapacitetit ftohës, transformatorët e rrafshët janë në gjendje të trajtojnë densitet 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 ekzekutimit tregojnë se rritja e matur e temperaturës është në përputhje të mirë me të dhënat e llogaritura.

Oriz. 1. Transformator planar i çmontuar

Oriz. 2. Opsionet e projektimit për transformatorët planarë

Procedura e llogaritjes

Përcaktimi i induksionit magnetik maksimal

Humbjet në bërthamën dhe përcjellësin e bakrit gjatë funksionimit të transformatorit çojnë në një rritje të temperaturës. Madhësia 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 me një lidhje të 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.

Mund të krijohet një formulë empirike që lidh drejtpërdrejt vlerën e rezistencës termike të një transformatori me vëllimin efektiv magnetik V e të bërthamës së ferritit të përdorur. Kjo formulë empirike është e vlefshme për transformatorët me tela me bërthama RM dhe ETD. Një marrëdhënie e ngjashme tani është gjetur për transformatorët planarë me bërthama në formë W.

Duke përdorur këtë lidhje, është e mundur të vlerësohet rritja e temperaturës së transformatorit në funksion të 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 induksionit magnetik.

Duke supozuar se gjysma e humbjeve totale të transformatorit janë humbje të bërthamës, densiteti maksimal i humbjes së bërthamës bërthama P mund të shprehet 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), induksionit magnetik të pikut (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 përshtatur 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 renditur më sipër për disa klasa të ferriteve me fuqi të lartë Ferroxcube.

Tabela 1. Parametrat e përafrimit për llogaritjen e densitetit të humbjes së bërthamës

Klasa e ferritit	f, kHz	cm	x	y	ct2	ct 1	ct0
3C30	20–100	7,13x10 -3	1,42	3,02	3,65x10 -4	6,65x10 -2	4
	100–200	7,13x10 -3	1,42	3,02	4x10 -4	6.8x10 -2	3,8
3C90	20–200	3.2x10 -3	1,46	2,75	1,65x10 -4	3.1x10 -2	2,45
3C94	20–200	2.37x10 -3	1,46	2,75	1,65x10 -4	3.1x10 -2	2,45
	200–400	2x10 -9	2,6	2,75	1,65x10 -4	3.1x10 -2	2,45
3F3	100-300	0,25x10 -3	1,63	2,45	0,79x10 -4	1,05x10 -2	1,26
	300-500	2x10 -5	1,8	2,5	0,77x10 -4	1,05x10 -2	1,28
	500-1000	3.6x10 -9	2,4	2,25	0,67x10 -4	0,81x10 -2	1,14
3F4	500-1000	12x10 -4	1,75	2,9	0,95x10 -4	1.1x10 -2	1,15
	1000-3000	1.1x10 -11	2,8	2,4	0,34x10 -4	0,01x10 -2	0,67

Vlera maksimale e lejuar e Pcore llogaritet me formulën (2). Kjo vlerë zëvendësohet më pas në ekuacionin (3). Tani mund të llogarisni 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 fuqisë për një formë vale arbitrare 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 mënyrën reale të dridhjeve B, si dhe të zgjidhni shkallën optimale të ferritit për një rast të veçantë.

Pasi të keni përcaktuar pikun maksimal të lejueshëm të induksionit magnetik, është e mundur të llogaritet numri i kthesave të mbështjelljes primare dhe sekondare duke përdorur formula të njohura, duke përfshirë topologjinë e konvertuesit dhe llojin e transformatorit (për shembull, anasjelltas dhe përpara).

Është e nevojshme të merret një vendim se si do të shpërndahen mbështjelljet midis shtresave ekzistuese. Rrymat që rrjedhin në shina do të bëjnë që PCB të rritet në temperaturë. Për arsye të shpërndarjes së nxehtësisë, rekomandohet që mbështjelljet në shtresat e jashtme të shpërndahen në mënyrë simetrike në lidhje me mbështjelljet në shtresat e brendshme.

Oriz. 3. Piku B në formula është i barabartë me gjysmën e amplitudës së luhatjeve të induksionit në bërthamë

Nga pikëpamja e magnetizmit, alternativa më e mirë do të ishte ndërthurja e shtresave parësore dhe dytësore. Kjo do të reduktojë të ashtuquajturin efekt të afërsisë (shih faqen 4). Megjithatë, lartësia e ulët e mbështjelljes në projektimin planar dhe numri i kthesave të nevojshme për një aplikim të caktuar nuk lejojnë gjithmonë zgjedhjen e dizajnit optimal.

Nga pikëpamja e kostos, rekomandohet të zgjidhni bordet e qarkut të printuar me një trashësi standarde të shtresës së bakrit. Trashësia e zakonshme e përdorur nga prodhuesit e PCB-ve është 35 dhe 70 mikron. Rritja e temperaturës në mbështjellje, e shkaktuar nga rrymat rrjedhëse, në thelb varet 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 dytësore nga rrjeti elektrik. Nëse nuk kërkohet shkëputja nga rrjeti, mjafton një distancë prej 200 µm ndërmjet 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 dhe buxheti i prodhimit. Ekziston një rregull i përgjithshëm: për binarët me trashësi 35 µm, gjerësia e binarëve dhe distanca ndërmjet tyre duhet të jetë më shumë se 150 µm, dhe për binarët me trashësi 70 µm, më shumë se 200 µm.

Në varësi të aftësisë prodhuese të PCB-ve, dimensionet mund të jenë më të vogla, por kjo ka shumë të ngjarë të rezultojë në një rritje të konsiderueshme të kostos së PCB-së. Numri i kthesave në një shtresë dhe distanca ndërmjet kthesave shënohen përkatësisht me Nl dhe s. Më pas, me 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, distanca e gjurmës s dhe gjerësia e mbështjelljes b w

Nëse kërkohet shkëputja nga rrjeti, situata ndryshon disi. Bërthama konsiderohet si pjesë e qarkut primar të mbështjelljes dhe duhet të ndahet me 400 µm nga qarku dytësor. Prandaj, distanca e zvarritjes 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 PCB-së të shkaktuar nga rrymat që rrjedhin

Hapi i fundit që duhet ndërmarrë është përcaktimi i rritjes së temperaturës në gjurmët e bakrit të shkaktuar nga rrymat që rrjedhin. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të llogariten vlerat efektive (rms) të rrymave, bazuar në të dhënat hyrëse dhe parametrat e dëshiruar të daljes. Metoda e llogaritjes varet nga topologjia e përdorur.

Seksioni i shembullit tregon llogaritjet për teknologjinë standarde të konvertuesit përpara dhe të kundërt. Një shembull i marrëdhënies midis rritjes së temperaturës dhe vlerave të rrymës efektive për zona të ndryshme seksionale të përçuesve të bordit të 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 mund të përcaktohet drejtpërdrejt nga ky diagram, si dhe maksimumi i lejuar. rryma për rritje të ndryshme të temperaturës.

Oriz. 5. Marrëdhënia midis rrymës, madhësive të gjurmëve të PCB dhe rritjes së temperaturës

Disavantazhi i kësaj metode projektimi është supozimi se nxehtësia e gjeneruar në mbështjellje shkaktohet nga rrjedhja e rrymës DC, kur në realitet ka rrymë AC që shkakton efekte të lëkurës dhe afërsisë.

Efekti i lëkurës është për shkak të pranisë në përcjellës të një fushe magnetike të krijuar nga rryma që rrjedh në vetë këtë përcjellës. Një ndryshim i shpejtë në rrymë (në frekuencë të lartë) shkakton një induksion të ndryshueshëm që shkakton rryma vorbull. Këto rryma vorbull, të cilat kontribuojnë në rrymën kryesore, janë në drejtim të kundërt me të. Rryma zhduket 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 së lëkurës 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 lëkurës mund të përafrohet me formulën e mëposhtme:

Nëse merret një përcjellës me trashësi w t 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 një frekuencë prej 500 kHz. Nëse disponohet një gjerësi e madhe dredha-dredha për numrin e kërkuar të kthesave, zgjidhja më e mirë magnetike 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 tyre (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 të së njëjtës shtresë do të kontribuojnë ende në një farë mase në efektin e afërsisë.

Rezultatet empirike

Matjet e temperaturës në disa lloje modelesh të bordit të qarkut të printuar me rryma alternative që rrjedhin në mbështjellje tregojnë me saktësi të pranueshme se, në frekuenca deri në 1 MHz, çdo rritje e frekuencës me 100 kHz jep një rritje të temperaturës së tabelës së qarkut të printuar me 2. °C më shumë se vlerat e përcaktuara për rastin e rrymave të drejtpërdrejta.

Qëllimi është të projektohet një transformator horizontal 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 standarde më të vogla të bërthamave dhe inserteve E planare Ferroxcube. Për më tepër, jepen vlerat e vetë-induktivitetit të mbështjelljes primare, gjerësia e hendekut të ajrit dhe rrymat e llogaritura sipas formulave nga futja 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 uH
E-E14	14,3	300	63	7,4	7,2	113	I p (rms) = 186 mA
E-PLT18	39,5	800	23	2,7	2,6	41	I o (rms) = 1593 mA
E-E18	39,5	960	23	2,7	2,6	41
E-PLT22	78,5	2040	12	1,4	1,4	22
E-E22	78,5	2550	12	1,4	1,4	22

Nga Tabela 2, mund të shihet se numri i kërkuar i mbështjelljeve primare për grupet e bërthamave E-E14 dhe E-PLT14 është shumë i lartë 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 N1, N2 dhe NIC jep numrat përkatësisht 24, 3 dhe 3.

Për të përcaktuar humbjet në rastin e një valë induksioni trekëndore unipolare 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 të larta të fuqisë do të çojnë në rritje të tepërt të temperaturës.

24 kthesat e primarit mund të shpërndahen në mënyrë simetrike në 2 ose 4 shtresa. Gjerësia e disponueshme e mbështjelljes për bërthamat E-18 është 4,6 mm. Kjo tregon se opsioni me dy shtresa me 12 kthesa secila do të jetë i vështirë për t'u zbatuar, dhe për këtë arsye i shtrenjtë. Kjo do të kërkojë përdorimin e gjurmëve shumë të ngushta me një hap shumë të vogël. Prandaj, zgjidhet një variant me katër shtresa, 6 kthesa në secilën. Më pak shtresa në një PCB me shumë shtresa do të rezultojë në kosto më të ulët. Prandaj, ne do të ofrojmë 3 kthesa të tjera të mbështjelljes parësore (për tensionin IC) dhe 3 kthesa të mbështjelljes dytësore, 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. Një shembull i një modeli transformatori 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 midis gjurmëve të bakrit me trashësi 35 µm ose 70 µm. Kërkohet një distancë prej 400 µm midis shtresave të mbështjelljes primare dhe dytësore për të siguruar shkëputjen nga rrjeti. Kombinimi E-PLT18 ka një dritare dredha-dredha minimale prej 1,8 mm. Kjo është e mjaftueshme për një trashësi traseje prej 35 µm, e cila jep një trashësi totale të PCB-së prej rreth 1710 µm.

Për të ulur koston e ndërtimit, ne zgjodhëm distancën midis binarëve të barabartë me 300 μm. Llogaritja e gjerësisë së gjurmës së mbështjelljes dytësore duke përdorur formulën (5) jep një rezultat prej 1,06 mm, duke përfshirë shkëputjen nga rrjeti.

Duke përdorur diagramin në Fig. 5 dhe vlera efektive e llogaritur (shih tabelën 2) të rrymës në mbështjelljen dytësore, e barabartë me 1,6 A, marrim një rritje të temperaturës prej 25 °C për gjurmët me trashësi 35 mikron dhe rreth 7 °C për shinat me trashësi 70 mikron.

Ne kemi supozuar se rritja e temperaturës për shkak të humbjeve të mbështjelljes është rreth gjysma e rritjes totale të temperaturës, në këtë rast 17,5 °C. Natyrisht, me një trashësi traseje prej 35 µm, rritja e temperaturës e shkaktuar nga një rrymë efektive prej 1,6 A do të jetë shumë e madhe, kështu që do të duhet të përdoren binarët me trashësi 70 µm.

Gjerësia e gjurmëve të kthesave të mbështjelljes primare mund të llogaritet me formulën (5). Do të jetë e barabartë me afërsisht 416 mikronë. Me këtë gjerësi gjurmësh, një rrymë primare efektive prej 0,24 A 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 një situatë ku rrjedhin vetëm rryma direkte. Rritja totale e temperaturës së PCB-së e shkaktuar vetëm nga rrjedha e rrymës do të mbetet nën 10°C.

Një tabelë e qarkut të printuar me gjashtë shtresa me gjurmë 70 µm duhet të funksionojë në përputhje me parametrat e llogaritur. Trashësia nominale e PCB-së do të jetë rreth 1920 µm, që do të thotë se kombinimi standard E-PLT18 E-core/wafer nuk do të funksionojë në këtë rast. Mund të përdoret një kombinim standard E-E18 i dy bërthamave në formë E me një dritare dredha-dredha prej 3,6 mm. Sidoqoftë, një dritare kaq e madhe dredha-dredha duket e tepërt këtu, kështu që një bërthamë jo standarde me një dritare prej rreth 2 mm do të ishte një zgjidhje më elegante.

Matjet në një dizajn të krahasueshëm me dy gjysma ferriti në formë 3C90 E treguan 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 induktiviteti i rrjedhjes është vetëm 0.6% e induktancës së mbështjelljes parësore.

Shembulli 2: Transformatori i lëvizjes përpara

Këtu qëllimi është të projektohet një transformator i drejtpërdrejtë me një zgjedhje të një prej katër raporteve të transformimit që 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 bërthamave më të vogla nga nomenklatura standarde, E-PLT14 dhe E-E14, janë të përshtatshme për këtë rast. Duke llogaritur densitetin maksimal të lejueshëm të humbjes së bërthamës në një rritje të temperaturës prej 50 °C, marrim 1095 mW/cm3 për kombinimin E-E14 të dy bërthamave E dhe 1225 mW/cm3 për kombinimin E-PLT14 të bërthamës E dhe pllakës. 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 humbjet maksimale të lejueshme të llogaritura me formulën (2). Numri i kthesave dhe rrymave efektive llogariten duke përdorur formulat e dhëna në Kutinë 1. Me një induksion magnetik maksimal prej 100 mT dhe parametrat e dhënë më sipër, rezulton se në 530 kHz, kombinimet e E-E14 dhe E-PLT14 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	V në, V	V jashtë, V	N1	N2	L prim, μH	I o (eff.) , mA	I mag , mA	I p(eff.) , mA
E-PLT14	48	5	14	3,2	690	2441	60	543
	48	3,3	14	2,1	690	3699	60	548
	24	5	7	3,2	172	2441	121	1087
	24	3,3	7	2,1	172	3669	212	1097
E-E14	48	5	14	3,2	855	2441	48	539
	48	3,3	14	2,1	855	3669	48	544
	24	5	7	3,2	172	2441	97	1079
	24	3,3	7	2,1	172	3669	97	1080

Përcaktimi përfundimtar i densitetit të humbjes së bërthamës në një temperaturë funksionimi prej 100 °C për formën e valës së specifikuar të induksionit në 530 kHz jep rezultate prej 1030 mW/cm3 për ferritin 3F3 dhe 1580 mW/cm3 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 pranueshme e humbjes) X 1/2DT = (1030/1225) X 25°C = 21°C.

Për kombinimin E-E14, rritja e temperaturës është 23,5 °C. Për mbështjelljen parësore, në varësi të tensionit të hyrjes, kërkohen 7 ose 14 rrotullime. 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 e degausing, është zgjedhur 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 japë një efekt shtesë - një përgjysmim të densitetit të rrymës në gjurmët dredha-dredha.

Kur nevojiten 14 rrotullime të mbështjelljes primare dhe demagnetizuese, kthesat e dy shtresave lidhen në seri, në mënyrë që numri efektiv i rrotullimeve të bëhet 14.

Gjerësia e disponueshme e mbështjelljes për bërthamën E-14 është 3,65 mm. Për një dizajn ekonomik me një hapësirë ​​​​shtese prej 300 µm, gjerësia e gjurmës me 7 kthesa për shtresë është 178 µm.

Trashësia e gjurmëve duhet të jetë 70 µm, pasi në një tension hyrës 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 µm ( gjerësia dyfishohet si rezultat i lidhjes paralele të pjesëve të mbështjelljes kur përdoren 7 kthesa) rritja e temperaturës 15 °C. Një tension i hyrjes prej 48 V do të prodhojë një rrymë efektive prej afërsisht 0,54 A.

Në këtë rast, kontributi i humbjeve në dredha-dredha në rritjen e përgjithshme të temperaturës do të jetë rreth 14 °C për një gjerësi trase prej 178 µm (14 kthesa të lidhura në seri).

Gjerësia e pistave prej 178 µm me një hapësirë ​​binarje prej 300 µm dhe një trashësi gjurmësh prej 70 µm devijon disi nga rregulli ynë i përgjithshëm (hapësia e pistave dhe gjerësia e pistave > 200 µm). Kjo mund të çojë në kosto disi më të larta të prodhimit për bordet e qarkut të printuar 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 efektive në mbështjelljet dytësore prej 2.44 dhe 3.70 A shkaktojnë një rritje të temperaturës në mbështjelljet me afërsisht 25 °C, e cila, duke marrë parasysh rritjen e temperaturës në mbështjelljet primare, rezulton të jetë shumë e madhe. Në këtë rast, zgjidhja më e mirë është përdorimi i 2 shtresave për të dy mbështjelljet. Kur këto shtresa, secila me 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 për shkak të humbjeve të AC. Meqenëse frekuenca është 500 kHz, duhet të shtohen 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 tregohen në tabelën 5. Të paktën një shtresë, e treguar në tabelë si opsionale, kërkohet për të bërë lidhje. Megjithatë, kjo do të na japë gjithsej 9 shtresa, që për nga prodhimi është e barabartë 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 ka përfitimin shtesë të përgjysmimit të densitetit të rrymës në shina. Gjurmët në këto shtresa lidhen me gjurmët në shtresën e brendshme përmes vrimave të veshura me bakër dhe "sjellin" hyrjet dhe daljet e mbështjelljes parësore dhe dytësore në dy anët e tabelës së qarkut të printuar. Në varësi të mënyrës se si lidhen hyrjet dhe daljet në anën parësore dhe dytësore, mund të merren 4 raporte të ndryshme transformimi.

Tabela 5. Shembull i projektimit 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 rreth 2.6 mm, që tejkalon dritaren e disponueshme të mbështjelljes së kombinimit të bërthamës E-PLT14 prej 1.8 mm. Mund të përdoret një kombinim E-E14, megjithatë ai ka një dritare dredha-dredha minimale prej 3,6 mm - shumë më e madhe se sa kërkohet në të vërtetë. Një zgjidhje më e mirë 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, u përdor opsioni i konvertimit 24/5 V, i cili jep densitetin më të lartë të rrymës. Së pari, rrymat direkte të barabarta me ato të llogaritura u aplikuan veçmas në mbështjelljet primare dhe sekondare. Një rrymë primare e drejtpërdrejtë prej 1079 mA rezultoi në një rritje të temperaturës prej 12.5°C dhe një rrymë dytësore prej 2441 mA dha një rritje të temperaturës prej 7.5°C. Siç mund ta prisni, kur të dy rrymat u aplikuan në PCB në të njëjtën kohë, rritja e temperaturës ishte 20°C.

Procedura e përshkruar më sipër 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 efekti i efektit të lëkurës është më i theksuar në gjurmët e gjera të mbështjelljeve dytësore sesa në gjurmët e ngushta të mbështjelljeve parësore.

Së fundi, matjet e temperaturës u bënë me bërthama standarde (kombinimi E-E14) të instaluara në tabelën e qarkut të printuar, në kushte që korrespondojnë me kushtet e funksionimit të një transformatori direkt. Rritja e temperaturës së PCB-ve ishte 49°C; pika e ngrohjes maksimale të bërthamës ishte në anën e sipërme të saj dhe temperatura në të ishte 53 °C. Në pjesën qendrore të bërthamës dhe në pjesën e jashtme të saj, u vu re një rritje e temperaturës përkatësisht 49 °C dhe 51 °C.

Siç parashikohet nga llogaritjet, ky dizajn është disi kritik për një grup prej dy bërthamash në formë E, pasi temperatura prej 53 °C u regjistrua në pikën e ngrohjes maksimale, e cila është mbi 50 °C. Megjithatë, kur përdorni bërthama më të sheshta (jo standarde) në formë E, temperatura është brenda kufijve të pranueshëm.

Në artikullin tjetër, ne do të shqyrtojmë një shembull të llogaritjes së një konverteri 25-vat DC / DC bazuar në një transformator planar.

Letërsia

1. Mulder S. A. Shënim i aplikimit për projektimin e transformatorëve me frekuencë të lartë të profilit të ulët. Komponentët Ferroxcube. 1990.
2. Mulder S. A. Formulat e humbjes për ferritet e fuqisë dhe përdorimi i tyre në projektimin e transformatorëve. Përbërësit e Philips. 1994.
3. Durbaum Th., Albach M. Humbjet e bërthamës në transformatorët me formë arbitrare të rrymës magnetizuese. EPE Sevilla. 1995.
4. Brockmeyer A. Vlerësimi eksperimental i ndikimit të paramagnetizimit DC në vetitë e ferriteve elektronike të fuqisë. Universiteti i Teknologjisë Aachen. 1995.
5. 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 shkëlqyeshme për transformatorët standardë dhe mbytet me tel. Transformatorët planarë bazohen në 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 kryhet ose me komponentë të derdhjes, si p.sh. në një shtresë të vetme ose tabelë të vogël shumështresore, ose si një bord qarku i printuar me shumë shtresa.

Përparësitë e transformatorëve planarë:

• janë të vogla në madhësi;
• kanë karakteristika të shkëlqyera të temperaturës;
• kanë induktivitet të ulët të rrjedhjes;
• kanë veti të shkëlqyera të përsëritshmërisë.

Për shkak të raportit më të lartë të sipërfaqes së bërthamës me vëllimin e bërthamës, rezistenca termike e pajisjeve të tilla mund të jetë 2 herë më e ulët se në transformatorët konvencionalë me tel.

Fig 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 xhiros së energjisë 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, duke përfshirë ato pasive si kondensatorët dhe rezistorët, ka shumë për të zgjedhur.

Sidoqoftë, sot do të flasim për transformatorët planarë.

Si rregull, në shumë raste, zhvilluesit 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 e rrafshët po zëvendësojnë gradualisht ato konvencionale. Sidomos në rastet kur kërkohet një komponent magnetik me përmasa të vogla.

Në teknologjinë e prodhimit të transformatorit planar, mbështjelljet janë gjurmë në një tabelë të qarkut të printuar ose seksione bakri, të cilat printohen dhe ndahen nga shtresa të ndryshme të materialit izolues.

Gjithashtu, mbështjelljet mund të bëhen nga dërrasat me shumë shtresa. Ato vendosen midis bërthamave të ferritit me përmasa të vogla.

Për sa i përket projektimit të transformatorëve planarë, ato mund të ndahen në disa lloje.

• Komponentët planar të montuar – ato qëndrojnë më afër komponentëve induktivë konvencionalë. Ato mund të zëvendësojnë pjesët konvencionale në bordet e qarkut të printuar me një ose shumë shtresa. Lartësia e komponentit planar të varur mund të reduktohet duke e zhytur bërthamën në prerjen e PCB-së. 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 në një bord qarku të printuar me shumë shtresa, i cili është i lidhur me motherboard. Por në këtë rast, pllaka amë duhet të ketë vrima për bërthamën e ferritit.
• Dredha-dredha është e integruar plotësisht në tabelën e qarkut të printuar me shumë shtresa. Gjysmat e bërthamave janë të lidhura me ngjitje ose shtrëngim. E gjitha varet nga preferencat e klientit dhe prodhuesit.

Përfitimet 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, në transformatorët planarë janë përdorur ferrite me frekuencë të mesme dhe të lartë. Ishte e mundur të blihej një transformator planar nga prodhuesi.

Nëse jeni të interesuar në zhvillimin e transformatorëve planarë sipas porosisë, atëherë mund të rrisni induktivitetin e mbytjes së filtrit të rrjetit nëse zëvendësoni materialet e fuqishme ferrit me përshkueshmëri të lartë magnetike.

Në sinjalizimin me puls, një transformator me brez të gjerë midis gjeneratorit të impulsit IC dhe kabllit siguron shkëputjen dhe përputhjen e rezistencës. Në rastin e një ndërfaqe S- ose T, ky duhet të jetë gjithashtu ferrit me përshkueshmëri të lartë.

Jo shumë kohë më parë, unë u kontaktova nga një kompani që kishte nevojë të zhvillonte një linjë të drejtuesve LED. Nuk do të përmend emrin e kompanisë dhe karakteristikat e performancës së drejtuesve, nuk kam nënshkruar në NDA, por etika është etikë. Duket se është një urdhër i zakonshëm për një shofer, i cili rekrutohet me dhjetëra në vit, por kishte dy kërkesa reciproke ekskluzive: çmimi Dhe dimensionet.

Detyra nga pikëpamja e qarkut është e thjeshtë, por nga pikëpamja e prodhimit dhe dizajnit doli të ishte shumë interesante. Dhe kështu - ishte e nevojshme të bëhej një drejtues rrjeti për LED me një korrigjues të faktorit të fuqisë (fuqia rreth 100 W), i cili kostoja ishte rreth 3 dollarë në seri dhe kishte dimensionet në lartësi jo më shumë se 11 mm! Shumë do të thonë: "Cili është problemi për të bërë një shofer Deshman?" një kërkesë më shumë - është e mundur të jepet pa frikë 5 vjet garanci. Dhe këtu fillon më interesante.

Zgjedhja e topologjisë, qarkut u bë, gjithçka përshtatej me dimensionet dhe koston, por një pamje kaq e mrekullueshme u prish nga transformatori "klasik". Është i madh, është i shtrenjtë, është teknologjikisht i vështirë për t'u prodhuar. Mbeti për të zgjidhur problemin e fundit, dhe pas dy ditësh mendim dhe llogaritje, u gjet - transformator planar.

Nëse jeni të interesuar se çfarë dhe çfarë u bë zgjedhja, në cilat argumente u bazua dhe si ishte e mundur të merrni koston e një transformatori më pak se 0,5 dollarë, atëherë ju ftoj në një trajtim. Epo, për të përmirësuar "oreksin" po ju bashkëngjit një foto të transformatorit të përfunduar:

Disavantazhet kryesore të transformatorëve "klasikë".

Unë mendoj se nuk është sekret për askënd se si duket një transformator i zakonshëm, por papritur dikush humbi 150 vitet e fundit të revolucionit industrial, kështu që më lejoni t'ju kujtoj:

Duket si një transformator konvencional i plagosur në një kornizë nga një bërthamë RM12. Pse është kaq i keq? Ka disa arsye për këtë, sigurisht, disa prej tyre humbasin rëndësinë e tyre në detyra të caktuara, por historia do të zhvillohet në kontekstin e detyrës me të cilën u përballa. Dhe këtu janë ato kryesore:

• Lartësia. Edhe një person me sy të dobët mund të vlerësojë përafërsisht madhësinë e një transformatori nga një fotografi dhe të thotë me besim: "Është padyshim më shumë se 11 mm". Në të vërtetë, lartësia e transformatorit në RM12 është rreth 24 mm, që është më shumë se 2 herë vlera e kërkuar.
• Prodhueshmëria. Kur ju duhet të mbështillni 1-2 transformatorë, atëherë merrni kornizën, telin dhe mbështillni atë. Kur duhet të mbështillni 100-200 copë, mund të porosisni dredha-dredha në vendin tuaj, çmimi nuk kafshon ende. Kur ju duhet të mbështillni 10,000 copë, dhe pastaj 50,000 të tjera, atëherë ka shumë nuanca: çmimi, cilësia, zgjedhja e një kontraktori tjetër në Azi. E gjithë kjo rrit koston përfundimtare të produktit, kur më duhet thjesht super e lirë dhe shumë cilësore.
• Përsëritshmëria.Është shumë e vështirë të mbështjellësh dhe të montosh dy transformatorë identikë, është e pamundur të bësh 10,000 transformatorë identikë. Unë e kam përjetuar këtë në lëkurën time më shumë se një herë, veçanërisht kur bëhet fjalë për prodhimin në SA. Tani imagjinoni
  se do t'ju duhet të "përfundoni me një skedar" këta 10000 transformatorë në montimin përfundimtar. Përfaqësuar? U trishtuat për sasinë e punës dhe për rrjedhojë koston? Unë mendoj se ka.
• Çmimi i kostos. Kjo është përgjithësisht një pikë shumë e vështirë, por le të shohim foton e mësipërme dhe të shohim se për të montuar një transformator klasik, na duhet një kornizë, bërthamë, kapëse, tela bakri, izolim dhe të gjitha këto me dorë ose në një makinë gjysmë automatike. . Le të themi se gjithçka kushton X dollarë. Për prodhimin e një transformatori planar, nevojitet vetëm bërthama. Mendoj se është e qartë këtu që 1 pjesë është qartësisht më e lirë se 1 e së njëjtës pjesë + 4 komponentë më shumë?

Në këtë pikë, ju duhet të mundoheni: "Nëse gjithçka është kaq e keqe, atëherë pse transformatorët konvencionalë janë kaq të zakonshëm?" Pak më herët thashë se disa nga këto disavantazhe në detyra të caktuara nuk janë disavantazh. Për shembull, nëse hapni UPS on-line, do të shihni se transformatori nuk është elementi më i madh atje. Dhe nëse grumbulloni grupe të vogla deri në 100-200 pajisje në muaj, atëherë kostoja ndoshta do të jetë e barabartë, sepse. 100-200 copë tashmë mund të bëhen në Rusi ose të punësoni një dredha-dredha, të blini një makinë kineze ose ta bëni vetë për 100-200 mijë rubla. dhe shijoni jetën.
Dhe ndoshta vendi kryesor ku transformatorët planarë nuk do të zëvendësojnë ato konvencionale janë konvertuesit me një fuqi të vlerësuar më shumë se 2000 W.

Pajisja e transformatorit planar

Në foton e parë që shihni këtë lloj transformatori të montuar tashmë, pamja është shumë e pazakontë, apo jo? Edhe pse njerëzit që kanë hapur televizorë modernë, karikues laptopësh (jo të lirë) ndoshta kanë parë tashmë transformatorë të tillë ose të ngjashëm.

Transformatorët planarë mund të bëhen në dizajne të ndryshme, nuk ka një klasifikim të qartë me sa di unë, por unë i ndaj në 2 lloje:

Çfarëdo lloji i transformatorit planar të konsiderohet, ata kanë një gjë të përbashkët - të gjitha mbështjelljet janë bërë në formën e gjurmëve të bakrit në një tabelë të qarkut të shtypur.

Nëse vendosni të njiheni më hollësisht me këtë teknologji dhe të shkoni në Google, atëherë me siguri do të hasni në shumë artikuj shprehjen: “... dhe më në fund, vitet e fundit, transformatorët planarë janë bërë të përballueshëm. Kjo është për shkak të faktit se bordet me shumë shtresa kanë rënë në çmim. Kur po projektoja transformatorin tim të parë planar, në 2010-11, kjo frazë më hutoi. Me naivitet mendova se aeroplanët planarë bëhen ekskluzivisht në bordet e qarkut të printuar me shumë shtresa. Asokohe vazhdoja të studioja në universitet dhe megjithëse punoja dhe merrja një bursë të mirë, kjo pagesë nuk ishte shumë e përballueshme nga ana financiare. E mendova dhe vendosa të bëj Facebook-un tim! për të ulur koston e kësaj teknologjie, siç doli më vonë - ai shpiku një biçikletë.

Thelbi i uljes së çmimit ishte përdorimi i një "byreku" të disa pllakave të qarkut të printuar me dy shtresa me trashësi të vogël (0.8 ose 1 mm). Mua më dukeshin zgjidhje gjeniale dhe të thjeshta. Problemi i vetëm ishte se, si gjithmonë, shikova zgjidhjet e kompanive më të mira elektronike të energjisë, si Texas Instruments, Linear, Infineon, Murata, dhe ata përdorën bordet e qarkut të printuar në 6-8 shtresa, dhe në vitin 2010 përdornin edhe standarde Klasa 4 (0,15 / 0,15 mm) ishin shumë të shtrenjta. Më pas doli që isha i ftuar në një kompani të mirë për një praktikë verore dhe më thanë dhe më treguan se kanë 10 vjet që bëjnë "pite" të tilla për transformatorë planarë. Kështu bënë kompanitë e tjera më të ulëta në renditje se TI dhe Infineon. Kryesorja është ideja ishte e drejtë dhe një vendim i tillë nuk është vetëm i saktë, por edhe testuar me kohë.

Të gjithë elementët e "byrekut" janë pllaka të zakonshme me dy shtresa të një klase saktësie standarde, që do të thotë se ato janë shumë të lira dhe çdo prodhues PCB mund t'i bëjë ato. Elementet e "byrekut" të një transformatori planar duken kështu:

Siç mund ta shihni, ka vetëm 3 elementë në transformatorin tim, megjithëse mund të ketë më shumë. Pse 3? Sipas llogaritjeve të mia, për të fituar induktivitetin e dëshiruar në mbështjelljen parësore, më duhen 6 shtresa. 2 shtresa më jep tabelën kryesore + 2 shtresa "copë byreku" + 2 shtresa "copë byreku". Dredha-dredha dytësore përshtatet në vetëm 2 shtresa, nga këtu një tjetër "copë byreku". Si rezultat, ai ka një grumbull prej 4 pllakash qarku të printuar me dy shtresa. Më tej aritmetika është edhe më e thjeshtë: unë përdor bërthamën ELP18 / 4/10, që do të thotë se distanca nën "mbështjelljet" është 4 mm. Ne e ndajmë këtë distancë me numrin e bordeve: 4 mm / 4 dërrasa = 1 mm - trashësia e çdo bordi qark të printuar. Gjithçka është e thjeshtë!

Nëse befas nuk e kuptoni se nga erdhi hendeku 4 mm, mund të shihni fletën e të dhënave për bërthamën këtu. Dhe për ata që nuk janë të kënaqur të ndjekin lidhjet ose nuk duan të shpenzojnë trafik në një pdf-ku të madh, një prerje e vogël:

Siç mund ta shihni, madhësia e dritares së bërthamës në njërën gjysmë është 2 mm, në gjysmën e dytë është gjithashtu 2 mm. Ne marrim madhësinë totale të dritares në lartësi - 4 mm.

Tani mund të kuptoni se nga përbëhet kostoja e një transformatori planar. Në fakt, ka vetëm 2 komponentë: bërthama dhe 3 bordet e qarkut të printuar. Bërthama kushton 0,14 dollarë me shumicë, bordet e qarkut të printuar janë 3 copë me 0,11 dollarë secila, gjithashtu në një seri. Ne marrim 0,47 dollarë për vetë transformatorin. Unë nuk e përfshiva këtu përbërjen lidhëse bërthamore, sepse nëse e shpërndani koston e tij në të gjithë grumbullin, atëherë as 1 cent nuk funksionon atje dhe nuk llogaritet puna e montimit. Puna nuk konsiderohet për një arsye të thjeshtë - transformatori është montuar në fazën e instalimit manual, dhe kushton një qindarkë në Azi. Për krahasim, bashkimi i 2 tranzistorëve në paketën TO-220 kushton njësoj si instalimi i një transformatori të rrafshët, domethënë, përsëri del një i vogël. Kështu e marrim numrin 0,5$ për 1 transformator deri në 100W.

Pak për rezultatet e mia ... Unë arrita të përshtatem në dimensionin e lartësisë dhe madje ta bëj më mirë - në vend të 11 mm kufizues, mora 9.6 mm. Nga njëra anë, vështirë se vihet re, por në praktikë kjo është një rënie në madhësi me rreth 13%. Për më tepër, dimensioni kryesor i lartësisë nuk u vendos më nga transformatori, por nga kondensatorët elektrolitikë SMD në hyrje dhe në dalje.
Me kosto - nuk mund t'ju them shifrën e saktë, por doli të plotësonte kërkesën. Këtu vlen të përmendet përpjekjet e vetë klientit, ai arriti të gjejë furnizues të cilët, për një seri të madhe, ishin në gjendje të jepnin çmime në nivel, dhe ndonjëherë edhe pak më të ulët se në digikey. Personalisht, merita ime është se e zgjidha problemin teknik dhe e bëra me çmim të ulët, dhe vetë klienti e ka bërë tashmë super lirë pa humbur cilësinë.

Mundësitë teknike të ofruara nga një transformator planar

Më tej, artikulli im merr një karakter më teknik sesa një narrativ, dhe nëse nuk jeni të interesuar për elektronikën e energjisë, llogaritjet e thata dhe gjëra të tjera të këqija, atëherë mund të ndaloni së lexuari më tej dhe të kaloni te diskutimet në komente. Nuk do të ketë më foto të bukura. Nëse po planifikoni ta përvetësoni këtë teknologji për veten tuaj, atëherë gjithçka sapo ka filluar për ju.

Që të mund të vlerësoni më qartë potencialin e plotë të këtij lloji të transformatorit, mund të them se në këtë projekt, në një palë bërthama ELP18/4/10, arrita të ndërtoj një konvertues rezonant 65 W. Dhe tani shikoni përmasat e tij të përgjithshme, a nuk është keq për një gjë të tillë?

Metoda e llogaritjes së transformatorit planar

Ka shumë metoda që ju lejojnë të llogaritni këtë lloj transformatorësh. Vërtetë, literatura kryesore, përfshirë shkencore, është kryesisht në anglisht, gjermanisht dhe kinezisht. Provova disa në praktikë, të gjitha ishin marrë nga burime në gjuhën angleze dhe të gjitha treguan një rezultat të pranueshëm. Në procesin e punës për disa vite, bëra ndryshime të vogla që më lejuan të rris pak saktësinë e llogaritjeve dhe unë do t'ju tregoj këtë teknikë.

Unë nuk kam asnjë ambicie për veçantinë e tij, as nuk garantoj se rezultatet e tij janë mjaftueshëm të sakta në të gjitha intervalet e frekuencës dhe fuqisë. Prandaj, nëse planifikoni ta përdorni në punën tuaj, atëherë jini të kujdesshëm dhe ndiqni gjithmonë përshtatshmërinë e rezultateve.

Llogaritja e një transformatori planar

Kur llogaritni çdo transformator, hapi i parë është gjetja e vlerës maksimale të induksionit magnetik. Humbjet në bërthamë dhe në përçuesit e bakrit çojnë në ngrohjen e transformatorit, prandaj duhet të bëhen llogaritjet në lidhje me mbinxehjen maksimale të lejueshme të transformatorit. Kjo e fundit zgjidhet bazuar në kushtet e funksionimit dhe kërkesat për pajisjen.

Ne bëjmë një supozim empirik në të cilin supozojmë se gjysma e humbjeve totale në transformator janë humbje në bërthamë. Bazuar në këtë supozim, ne llogarisim densitetin maksimal të humbjes në bërthamë duke përdorur formulën empirike:

Ku është vlera e vëllimit magnetik efektiv VEështë marrë nga dokumentacioni për thelbin në [cm 3], vlera e mbinxehjes maksimale ∆T zgjidhet bazuar në llogaritjet (për shembull, unë zakonisht marr parasysh 50-60 gradë). Dimensioni i vlerës që rezulton - [mW/cm3].

Ju lutemi vini re se shumë nga formulat që përshkruaj janë marrë në mënyrë empirike. Të tjerat shkruhen në formën e tyre përfundimtare pa planifikuar derivimin e tyre matematikor. Për ata që janë të interesuar për origjinën e kësaj të fundit, ju këshilloj që thjesht të njiheni me literaturën e huaj për materialet magnetike, për shembull, ka edhe libra nga Epcos dhe Ferroxcube.

Tani, duke ditur densitetin maksimal të humbjes në bërthamë, mund të llogarisim vlerën maksimale të induktivitetit në të cilën temperatura e mbinxehjes mbi atë të llogaritur nuk do të tejkalohet.


ku CM, ST, x, y- parametrat e përftuar në mënyrë empirike me metodën e përafrimit të kurbës së humbjes, dhe f- frekuenca e konvertimit. Ju mund t'i merrni ato në dy mënyra: duke përpunuar të dhënat (grafikët) nga dokumentacioni për thelbin tuaj, ose duke i ndërtuar vetë këto grafikë. Metoda e fundit do t'ju lejojë të merrni të dhëna më të sakta, por do t'ju duhet një imazh termik i plotë.

Si shembull, unë do të ndaj me ju këto vlera për bërthamat e bëra nga materiali Epcos N49, analogu i tij nga Ferrocube është gjithashtu një material popullor dhe i përballueshëm 3F3. Të dy materialet bëjnë të mundur ndërtimin e lehtë të konvertuesve me një frekuencë rezonante deri në 1 MHz përfshirëse. Vlen gjithashtu të theksohet se këto parametra varen nga frekuenca, shifra këto për frekuencat 400-600 kHz. Ky është diapazoni dhe materiali më i popullarizuar i frekuencave që përdor.

• CM = 4,1×10–5
• ST = 1,08×10–2
• x = 1,96
• y=2.27

Tjetra, ia vlen të kujtojmë komponentin e dytë të humbjeve në transformator - humbjet në mbështjelljen e bakrit. Ato konsiderohen lehtësisht, sipas ligjit tonë të preferuar të Ohm-it, në të cilin janë marrë gjithashtu parasysh pika mjaft logjike: rryma që kemi është pulsuese dhe nuk rrjedh 100% të kohës, domethënë faktori i mbushjes. Unë nuk do t'ju tregoj se si të llogarisni rezistencën e një dredha-dredha bakri sipas gjeometrisë së saj, është shumë banale, por me siguri do t'ju kujtoj formulën e përgjithshme:

Humbjet në bakër llogariten për secilën dredha-dredha veç e veç, dhe më pas shtohen. Tani dimë humbjet në secilën shtresë të "byrekut" dhe në bërthamë. Ata që dëshirojnë mund të simulojnë mbinxehjen e transformatorit, për shembull, në Comsol ose Solidworks Flow Simulation.

Duke vazhduar temën e përçuesve të bakrit, le të kujtojmë një fenomen të tillë si efekti i lëkurës. Nëse shpjegoni "në gishta", atëherë ky është efekti kur, me një rritje të frekuencës së rrymës që rrjedh në përcjellës, rryma "shtrydhet" nga përcjellësi (nga qendra në sipërfaqe) nga një tjetër. aktuale - vorbull.
E thënë më shkencërisht, si rezultat i rrjedhës së një rryme alternative në përcjellës, induktohet një induksion i ndryshueshëm, i cili nga ana tjetër shkakton rryma vorbull. Këto rryma vorbull kanë një drejtim të kundërt me rrymën tonë kryesore dhe rezulton se ato zbriten reciprokisht dhe në qendër të përcjellësit rryma totale është zero.
Logjika është e thjeshtë - sa më e lartë të jetë frekuenca e rrymës rrjedhëse, aq më shumë ndikon efekti i lëkurës dhe aq më i ulët është seksioni kryq efektiv i përcjellësit. Ndikimi i tij mund të reduktohet duke optimizuar gjeometrinë e mbështjelljeve, paralelizimin e tyre dhe metoda të tjera që ndoshta meritojnë, nëse jo një libër të tërë, atëherë një artikull të madh të veçantë.
Për llogaritjet tona, mjafton të vlerësojmë përafërsisht ndikimin e efektit të lëkurës duke përdorur një formulë tjetër empirike:

ku ∆δ - trashësia e zonës me rrymë zero, f- frekuenca e konvertuesit. Siç mund ta shihni, ky efekt është tërësisht i lidhur me frekuencën e ndërrimit.

Dhe tani le të llogarisim se sa kthesa dhe gjëra të tjera na duhen për të bërë një transformator që funksionon përpara. Para së gjithash, ne konsiderojmë se sa kthesa na duhen në mbështjelljen parësore:

Ku Umin është voltazhi minimal i hyrjes, D është cikli i punës, f është frekuenca e funksionimit, Ae është seksioni efektiv i bërthamës. Tani numërojmë numrin e kthesave për dredha-dredha dytësore:

Ku N1 është numri i rrotullimeve në mbështjelljen parësore, D është cikli i punës, Uout është voltazhi i vlerësuar i daljes, Umin është tensioni minimal i hyrjes.

Hapi tjetër është llogaritja e induktivitetit të mbështjelljes primare. Meqenëse rryma në mbështjellje ka një përgjigje impulse, ajo gjithashtu do të varet nga induktiviteti. Ne e llogarisim atë duke përdorur formulën e mëposhtme:

Ku μ0 është përshkueshmëria magnetike efektive, μa është përshkueshmëria magnetike e amplitudës, Ae është seksioni kryq efektiv i bërthamës, N1 është numri i kthesave në mbështjelljen parësore, Dmth është gjatësia efektive e rrugës. Ju mund të merrni parametrat që mungojnë, të tilla si përshkueshmëria dhe gjatësia e linjës magnetike, në dokumentacionin për një bërthamë specifike.

Tani hapi i fundit që duhet të bëjmë është të llogarisim rrymën në mbështjelljen parësore. Kjo do të lejojë në të ardhmen llogaritjen e seksionit kryq për mbështjelljen parësore dhe, në përputhje me rrethanat, gjerësinë e përcjellësit. Vlera aktuale është shuma e dy komponentëve dhe duket si kjo:


Këtu duket se të gjithë përbërësit e formulës janë tashmë të njohur dhe të llogaritur, e vetmja gjë që do të vërej është parametri Pmax. Kjo nuk është vetëm vlera e fuqisë nominale të daljes, por është fuqia totale e konvertuesit, duke marrë parasysh efikasitetin të paktën afërsisht (zakonisht vendos 95-97% për konvertuesit rezonantë) dhe diferencën që vendosni në pajisje . Në pajisjet e mia, zakonisht ka një diferencë të fuqisë 10%, në pajisjet dhe nyjet veçanërisht kritike, ndonjëherë duhet të vendosni një diferencë 20-25%, por kjo shkakton një rritje të çmimit.

Pra, morëm të gjithë parametrat që janë të nevojshëm për llogaritjen dhe projektimin e një transformatori planar. Sigurisht, do të duhet të llogarisni vetë seksionin kryq për mbështjelljet, por kjo është aritmetikë elementare, me të cilën nuk dua ta rrëmbej artikullin. Gjithçka tjetër tashmë është llogaritur dhe mbetet vetëm të dizajnohen tabelat në një lloj CAD.

Rezultati

Shpresoj se artikulli im do t'ju ndihmojë të filloni të përdorni transformatorë planar si në projektet e shtëpisë tuaj ashtu edhe në ato komerciale. Kjo teknologji duhet përdorur me kujdes, sepse në varësi të detyrës, mund të jetë më e shtrenjtë se transformatorët "klasikë".

Gjithashtu, pa dyshim, përdorimi i transformatorëve planarë hap mundësi të reja teknike, dhe Mosfet moderne dhe transistorët e rinj GaN kontribuojnë vetëm në këtë, duke ju lejuar të krijoni konvertues me frekuenca nga 400 kHz dhe më të larta. Sidoqoftë, kostoja e këtyre "mundësive" nuk është gjithmonë mjaft e ulët, dhe dizajni i konvertuesve rezonantë në frekuenca të tilla kërkon një grup të madh njohurish dhe përvojë.

Por mos u mërzit! Secili prej jush, madje edhe një inxhinier fillestar elektronik, mund të mbledhë topologji në një mënyrë më të thjeshtë, për shembull, një urë ZVS (urë e plotë). Kjo topologji ju lejon të merrni një efikasitet shumë të lartë dhe nuk kërkon ndonjë njohuri super-sekrete. Thjesht duhet të bëni një prototip ose plan urbanistik dhe të eksperimentoni mirë. Fat i mirë në eksplorimin e horizonteve të reja!

është lexuar 14146 herë

Reduktimi i vazhdueshëm i madhësisë së produkteve elektronike, veçanërisht pajisjeve mobile, çon në faktin se zhvilluesit duhet të përdorin komponentë me dimensione minimale. Për komponentët gjysmëpërçues, si dhe komponentët 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 mbytje me tela. Ne do të shqyrtojmë avantazhet e transformatorëve planarë (PT) të bazuara në bordet e qarkut të printuar me shumë shtresa. 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 ofrojnë një alternativë tërheqëse ndaj transformatorëve konvencionalë ku 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 zona bakri të aplikuara me printim dhe të ndara nga shtresa të materialit izolues, dhe përveç kësaj, mbështjelljet mund të ndërtohen nga qark i printuar me shumë shtresa. dërrasat. Këto mbështjellje vendosen midis bërthamave të vogla të ferritit. Sipas dizajnit të tyre, komponentët planarë ndahen në disa lloje. Më afër komponentëve induktivë konvencionale janë komponentët planar plug-in, të cilët mund të përdoren në vend të pjesëve konvencionale në bordet e qarkut të printuar me një dhe me shumë shtresa. Lartësia e komponentit të varur mund të reduktohet duke e zhytur bërthamën në prerjen e tabelës së qarkut të printuar në mënyrë që mbështjellja të qëndrojë në sipërfaqen e tabelës. Hapi përpara është një lloj hibrid, ku një pjesë e mbështjelljes është e integruar në pllakën amë, dhe një pjesë është në një tabelë të veçantë qarku të printuar me shumë shtresa që është e lidhur me motherboard. Pllaka amë duhet të ketë vrima për bërthamën e ferritit. Së fundi, në llojin e fundit të komponentëve planarë, mbështjellja është e integruar plotësisht në tabelën e qarkut të printuar me shumë shtresa.

Ashtu si me komponentët konvencionale të lidhura me tela, gjysmat e bërthamave mund të bashkohen së bashku me ngjitje ose shtrëngim, në varësi të aftësive dhe preferencës së prodhuesit. FERROXCUBE ofron një gamë të gjerë të bërthamave E planare për aplikime të ndryshme.

Përfitimet e teknologjisë planare

Teknologjia planare për prodhimin e komponentëve magnetikë ka një sërë përparësish në krahasim me mbështjelljen e zakonshme të telit. Avantazhi i parë i dukshëm është lartësia shumë e ulët, e cila i bën komponentët planar premtues për instalime në raft me densitet të lartë dhe aplikime portative.

Komponentët magnetikë planar janë të përshtatshëm për zhvillimin e konvertuesve të fuqisë komutuese me efikasitet të lartë. Humbja e ulët e bakrit ac dhe koeficienti i lartë i bashkimit sigurojnë konvertim më efikas. Për shkak të induktivitetit të ulët të rrjedhjes, rritja dhe luhatjet e tensionit, të cilat janë shkaku i dështimit të komponentëve të MOS dhe një burim shtesë zhurme, 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 është ulur. Kostoja e përgjithshme: nuk kërkohet kornizë, madhësia e bërthamës më të vogël.

Komponentët e integruar kundrejt komponentëve të bashkangjitur

Komponentët planarë të integruar përdoren kur kompleksiteti i qarkut përreth detyron përdorimin e një bord qarku të printuar 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 performanca e mirë me frekuencë të lartë.

• Komponentët e montuar përdoren ndryshe. Aplikacionet tipike janë konvertuesit me fuqi të lartë; ata kryesisht përdorin një kombinim të dy bërthamave të madhësisë së madhe në formë E. Karakteristikat termike janë kërkesat kryesore të projektimit këtu. Dizajni i mbështjelljes varet, në veçanti, nga madhësia e rrymës.

Zhytja e komponentëve shtesë në tabelë ju lejon të zvogëloni lartësinë e montimit pa ndryshuar vendndodhjen e komponentëve.

Komponentët hibridë zvogëlojnë numrin e mbështjelljeve të mbështjelljes në kurriz të gjurmëve në tabelën e qarkut të printuar, dhe në versionin e integruar nuk ka fare mbështjellje të mbështjelljes. Kombinimet e dy llojeve janë gjithashtu të mundshme. Për shembull, një konvertues i energjisë mund të ketë mbështjelljen parësore të transformatorit dhe mbytjen e filtrit të rrjetit të integruar në pllakën amë, ndërsa mbështjellja dytësore dhe mbytja e 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 specifike për aplikimin që mund të përcaktojnë njërën ose tjetrën si më të dëshirueshme.

Fusha e parë e aplikimit për transformatorët planarë ishte konvertimi i fuqisë. Prandaj, u përdorën ferrite të fuqishëm me frekuencë të mesme dhe të lartë. Induktiviteti i mbytjes së filtrit të rrjetit mund të rritet duke zëvendësuar ferritin e fuqishëm me një material me përshkueshmëri të lartë magnetike. Në sinjalizimin me puls, një transformator me brez të gjerë midis gjeneratorit të impulsit IC dhe kabllit siguron shkëputjen dhe përputhjen e rezistencës. Në rastin e një ndërfaqe S- ose T, ky duhet të jetë gjithashtu ferrit me përshkueshmëri të lartë. 3E6 bërthama ferrite me përshkueshmëri të lartë janë shtuar në gamën e produkteve FERROXCUBE. Më poshtë është një listë e aplikacioneve ku teknologjia planare mund të jetë e dobishme.

Konvertimi i fuqisë

• Komponentët
  • Transformatorët e fuqisë, mbytjet e daljes ose rezonante, mbytjet e filtrit të rrjetit.
• Ndreqës (furnizimi me energji elektrike)
  • Ndërrimi i furnizimit me energji elektrike.
  • Karikuesit (telefonat celularë, laptopët).
  • Pajisjet e kontrollit dhe matjes.
• Konvertuesit DC
  • Modulet e konvertimit të energjisë.
  • çelsat e rrjetit.
  • Telefonat celularë (burimi kryesor i energjisë).
  • Kompjuterë portativë (burimi kryesor i energjisë).
  • Automjetet elektrike (konvertuesi i tensionit tërheqës në tension 12 V).
• Konvertuesit AC (furnizimet e linjës me energji elektrike)
  • Konvertuesit kompakt për llambat fluoreshente.
  • Ngrohje me induksion, saldim.
• Invertorët (furnizimet e baterisë)
  • Telefonat celularë (drita e prapme LCD).
  • Kompjuterë notebook (dritë LCD).
  • Fenerët e automobilave me shkarkim gazi (çakëll).
  • Xhami i pasëm i makinës me ngrohje (konvertues përforcues).

Transmetimi i pulsit

• Komponentët
  • Transformatorët me brez të gjerë.
  • S 0 -ndërfaqet (linja telefonike e pajtimtarëve).
  • Ndërfaqet U (linja e pajtimtarëve ISDN).
  • Ndërfaqet T1/T2 (linja e trungut midis ndërprerësve të rrjetit).
  • Ndërfaqet ADSL.
  • Ndërfaqet HDSL.

Tabela 4. Karakteristikat e materialeve

Tabela 5. Bërthama për lidhje (pa dhëmbëza)

Tabela 6. Materialet bërthamë për lidhje

(*) - gjysma e bërthamave për përdorim në kombinim me një bërthamë në formë E 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 gjysmën e bërthamës me një hendek simetrik).

A25–E - gjysmë bërthama me hendek asimetrik. A L = 25 nH (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/vafer).

Vlera AL (nH) u mat në B≤0.1mT, f≤10kHz, T = 25°C.

Toleranca A L:

Tabela 7. Performanca kundrejt fuqisë (bërthama ngjitëse)

Tabela 8. Bërthamat me kapëse

Gama e produkteve

FERROXCUBE ofron një gamë të gjerë bërthamash planare E në diapazonin e madhësisë 14-64 mm. Në versionin bazë për lidhjen, prerja tërthore është gjithmonë uniforme, gjë që lejon përdorimin optimal të vëllimit të ferritit. Çdo madhësi ka një bërthamë E (të shënuar me shkronjën E) dhe një insert përkatës (të shënuar me shkronjat PLT). Kompleti mund të përbëhet nga një bërthamë E dhe një pllakë ose dy bërthama E. Në rastin e fundit, lartësia e dritares së dredha-dredha dyfishohet. Për madhësitë më të vogla, ekziston gjithashtu një grup E-core dhe pllakë në një version me kapëse. Ai përdor një bërthamë E të prerë (e shënuar E/R) dhe një futje me brazdë (të shënuar PLT/S). Kapëse (e caktuar CLM) fiksohet në prerjet e bërthamës dhe siguron një lidhje të fortë duke shtypur pllakën në dy pika. Brazda parandalon lëvizjen e futjes, edhe nën goditje ose dridhje të forta, dhe gjithashtu siguron shtrirjen. Nuk ka lidhje kapëse për kombinimin e dy bërthamave E.

Tabela 9. Materialet e bërthamës së lidhjes me kapëse

(1) - gjysmat e bërthamës për përdorim në kombinim me një pjatë.

A63 - P - gjysmë bërthama me hendek asimetrik. A L = 63 nH (e matur në kombinim me pllakën).

1280 - gjysmë bërthama pa boshllëk.

A L = 1280 nH (matur në kombinim me pllakën).

Vlera A L (nH) u mat në B≤0.1 mT, f≤10 kHz, T = 25 °C.

Toleranca A L:

Tabela 10 - Karakteristikat e fuqisë (bërthamat e lidhjes së kapëseve)

Bërthamat e fuqishme të ferritit 3F3 (frekuenca e funksionimit deri në 500 kHz) dhe 3F4 (500 kHz - 3 MHz) janë të disponueshme në të gjitha madhësitë. Bërthamat më të mëdha janë bërë gjithashtu nga ferrit 3C85 (frekuenca e funksionimit deri në 200 kHz), pasi bërthamat e mëdha shpesh përdoren në pajisjet me frekuencë të ulët me fuqi të lartë. Bërthamat më të vogla janë gjithashtu të disponueshme, të bëra nga ferrit me përshkueshmëri të lartë 3E6 (μ i = 12000), për përdorim në mbytjet e filtrave të rrjetit dhe transformatorët me brez të gjerë.

Paketa

Filmi plastik përdoret si paketim standard për bërthamat dhe pllakat planare në formë E.

Tabela 11. Paketimi

Tabela 12. Kuti bërthamore

Tabela 13. Kutia e terminalit

Tabela 14. Paketimi me shirit

Për bërthamat E14/3.5/5 dhe E18/4/10, u zhvillua një prototip i paketimit të shiritit për përdorim me pajisjet e montimit automatik SMD. Metoda e paketimit është në përputhje me IEC-286 Pjesa 3. Pllakat paketohen në të njëjtën mënyrë si bërthamat E përkatëse.

Zhvillimi

Për të përfituar plotësisht nga teknologjia e rrafshët, duhet të ndiqet një koncept i ndryshëm dizajni sesa ai me tel. Në vijim janë një sërë konsideratash që duhen ndjekur në këtë drejtim.

Zgjedhja thelbësore

• Induksioni magnetik

Performanca e përmirësuar termike lejon dyfishin e humbjes së fuqisë së një modeli konvencional me të njëjtën sasi të fushës magnetike, kështu që densiteti optimal i fluksit do të jetë më i lartë se zakonisht.

• Boshllëk ajri

Boshllëqet e mëdha janë të padëshirueshme në dizajnet planare pasi ato krijojnë fluks të humbur. 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 gjerësia e hendekut, dhe gjerësia është disa herë gjerësia e pjesës qendrore të bërthamës, atëherë një sasi e konsiderueshme rrjedhje do të ndodhë midis pjesës së sipërme dhe të poshtme të bërthamës. Vlerat e mëdha të rrjedhave buzë dhe kryqëzuese çojnë në humbje të mëdha të rrymës vorbull në dredha-dredha.

Dizajni i dredha-dredha

• Rezistenca DC

Gjurmët e bakrit më të përdorura janë 35, 70, 100 dhe 200 mikron të trasha. Nëse zona e prerjes tërthore të gjurmës është e pamjaftueshme për të marrë rezistencë të pranueshme DC, është e mundur të lidhni gjurmët paralelisht për të gjitha ose një pjesë të kthesave.

• Rezistenca AC

Humbjet e bakrit AC për shkak të efektit të lëkurës dhe efektit të afërsisë janë më pak për gjurmët e sheshta të bakrit sesa për telat e rrumbullakët me të njëjtën zonë të prerjes tërthore. Rrymat e vorbullave 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 i një bërthame E dhe një pllake ka pak më pak fluks rrjedhje sesa një kombinim i dy bërthamave E për shkak të vendndodhjes së hendekut të ajrit.

• Induktiviteti i rrjedhjes

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 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 modele rezonante. Në rastin e fundit, është e mundur të krijohet me qëllim një kapacitet i 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 montimin.

Montimi

Kur përdorni komponentë shtesë, mund të përdoren pllaka me vrima ose montim SMD. Nuk ka dallime domethënëse nga procesi i zakonshëm

Sipërfaqja e sheshtë e bërthamës është e përshtatshme për montim automatik.

Në rastin e komponentëve të integruar, instalimi bëhet më së miri në dy hapa:

1. Ngjiteni gjysmën e bërthamës në PCB. Për këtë mund të përdoret i njëjti ngjitës si për montimin e komponentëve SMD, dhe ky hap kombinohet logjikisht me montimin e komponentëve SMD në këtë anë të PCB-së.
2. Ngjiteni gjysmën e dytë të bërthamës me të parën. Kjo përfshin të njëjtat komente që janë bërë në lidhje me montimin e bashkëngjitjeve.

Saldim

Zbatohet vetëm për transformatorët prizë.

Në rastin e saldimit me rifluks, metoda e preferuar e ngrohjes është konveksioni i nxehtë dhe jo rrezatimi infra të kuqe, pasi metoda e parë siguron barazimin e temperaturave të sipërfaqeve që do të bashkohen. Kur nxehet me rrezatim infra të kuqe duke përdorur materiale standarde, përçueshmëria e mirë termike e komponentit planar mund të çojë në një temperaturë shumë të ulët të pastës së saldimit dhe kur fuqia e rrezatimit rritet, në një temperaturë shumë të lartë të tabelës së qarkut të printuar. Nëse përdoret ngrohje me rreze infra të kuqe, rekomandohet një paste saldimi dhe/ose material PCB i ndryshëm.

Përcaktimi i madhësisë

Të gjithë numrat e dhënë i referohen gjysmave të bërthamave. Dy gjysmat kryesore duhet të renditen në kombinimin e 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 E me prerje dhe pllakë me vrima (E/R + PLT/S).

Seti i fundit përfshin gjithashtu një kapëse (CLM).

Artikulli vijues do të ofrojë një metodë për llogaritjen e transformatorëve planar të fuqisë për furnizimin me energji elektrike.

Payton Planar Transformers and Chokes (2005)

Një nga detyrat kryesore në zhvillimin e një transformatori është zvogëlimi i dimensioneve të tij të përgjithshme duke rritur fuqinë efektive. Sot, transformatori po përjeton një lindje të dytë - teknologjia tradicionale e ndërtimit të një transformatori po zëvendësohet nga një teknologji e re planare. Parimi i ndërtimit të pajisjeve elektromagnetike duke përdorur teknologjinë e re është përdorimi i pllakave të qarkut të printuar në vend të një montimi kornizë dhe mbështjellje teli. Roli i dredha-dredha në teknologjinë planare kryhet nga gjurmët e shtypura në tabelë. Dërrasat janë të grumbulluara në disa shtresa, të ndara nga një material izolues dhe të mbyllura në një bërthamë ferriti.

teknologji planare
Deri në mesin e viteve 1980, teknologjitë e prodhimit të transformatorëve planar ishin të kufizuara kryesisht në zhvillimet në industrinë ushtarake, të aviacionit dhe hapësirës. Në origjinën e aplikimit aktiv tregtar të teknologjive planare ishte Alex Estrov, i cili publikoi në 1986 disa të dhëna mbi zhvillimet e tij në fushën e transformatorëve planarë që funksionojnë në një frekuencë rezonante prej 1 MHz. Ideja ishte një sukses. Disa kohë më vonë, A. Estrov organizoi një kompani (sot quhet Payton Power Magnetics Ltd.), e cila nisi prodhimin masiv të transformatorëve planar të energjisë dhe mbytjeve.
Çfarë është teknologjia planare dhe pse është e jashtëzakonshme? Shqyrtoni një shembull që shpjegon parimin e ndërtimit të transformatorëve planarë (Fig. 1). Figura tregon një transformator të çmontuar. Ai përbëhet nga disa pllaka me kthesa dredha-dredha të aplikuara në to dhe pllaka izoluese që ndajnë pllakat mbështjellëse nga njëra-tjetra. Dredha-dredha e transformatorit bëhet në formën e gjurmëve në bordet e qarkut të shtypur ose seksionet e bakrit të shtypura në tabelë. Të gjitha shtresat vendosen njëra mbi tjetrën dhe mbahen nga dy pjesë të një bërthame ferriti.
Dëshira për të zvogëluar dimensionet e përgjithshme duke rritur fuqinë është qëllimi kryesor i zhvillimit të pajisjeve moderne të energjisë. Në të njëjtën kohë, transformatorët planarë, ndryshe nga ata tradicionalë, kanë një zonë relativisht të madhe ftohjeje efektive dhe janë më të lehtë për t'u ftohur - mund të përdorni opsione të ndryshme: radiator natyral, i detyruar, i njëanshëm dhe i dyanshëm, ftohje e lëngshme.
Një tipar tjetër pozitiv i pajisjeve planare është një përhapje e vogël e parametrave elektrike nga pajisja në pajisje. Një transformator i mbështjellë me tela ka një përhapje të madhe parametrash, pasi teli shtrihet në mënyrë të pabarabartë në kornizë gjatë procesit të mbështjelljes, gjë që nuk mund të ndikojë në parametrat e pajisjes (për shembull, induktiviteti, faktori i cilësisë). Transformatorët planarë janë montuar në bazë të pllakave të qarkut të printuar me shumë shtresa. Çdo bord është bërë në të njëjtën mënyrë. Gjurmët në dërrasa janë gjithashtu të shtypura. Gdhendja e tabelës është gjithmonë i njëjti proces. Gabimet e parametrave të një transformatori planar janë qindra herë më të vogla se ato të një transformatori tradicional me tel.
Transformatorët planarë janë idealë për sistemet e telekomunikacionit, kompjuterët, sistemet në bord të avionëve, furnizimet me energji elektrike, makinat e saldimit, sistemet e ngrohjes me induksion - d.m.th. kudo ku nevojiten transformatorë fuqie me efikasitet të lartë dhe dimensione të vogla.
Përparësitë kryesore të transformatorëve planarë:
fuqi e lartë me dimensione të vogla të përgjithshme (10 W - 20 kW);
efikasitet i lartë i pajisjeve (97–99%);
Gama e gjerë e temperaturës së funksionimit: nga -40 në +130 ° С;
forca dielektrike e pajisjeve 4-5 kV;
induktiviteti i ulët i rrjedhjes;
diapazoni i frekuencës së funksionimit të pajisjeve planare shtrihet në intervalin nga 20 kHz në 2,5 MHz;
fuqi e lartë me dimensione të vogla: transformatorët planarë zakonisht përfshijnë nga një deri në shtatë mbështjellje;
përhapje e vogël e parametrave në prodhimin serik të pajisjeve;
nivel shumë i ulët i ndërhyrjes elektromagnetike;
dimensionet dhe pesha e vogël.

Transformatorët Planar Payton
Payton prodhon një gamë të gjerë transformatorësh planarë që variojnë nga 5W deri në 20kW. Transformatorët Payton janë me përmasa të vogla (Fig. 2), të aftë të funksionojnë me fuqi të larta dhe të ofrojnë performancë të mirë termike. Tabela 1 ofron të dhëna për madhësinë e fuqisë, peshën dhe madhësinë e bërthamës.

Linja e produkteve Payton përfshin pajisje të vlerësuara në nivele të ndryshme të fuqisë për përdorim në pajisjet e telekomunikacionit, furnizimet me energji elektrike, konvertuesit e tensionit AC/DC dhe DC/DC dhe të ngjashme. Tabela 2 tregon karakteristikat kryesore të disa llojeve të transformatorëve planarë Payton.
Fillimisht, zhvilluesit e Payton u fokusuan në prodhimin e transformatorëve vetëm për furnizimin me energji komutuese (SMPS), për përdorim në makinat e saldimit dhe sistemet e ngrohjes me induksion. Sidoqoftë, tani ato përdoren pothuajse kudo.
Transformatorët modernë Payton janë idealë për aplikimet SMPS për makinat e saldimit. Transformatorët përshtaten në mënyrë të përkryer në strukturën e burimit, duke garantuar një kohëzgjatje të gjatë të funksionimit të tij. Dihet se SMPS e makinave të saldimit gjeneron vlera kritike të larta të rrymave dalëse. Prandaj, në shumicën e rasteve ka vetëm disa kthesa dytësore. Transformatorët planarë janë kështu të përshtatshëm për trajtimin e rrymave të larta dhe mund të përdoren në pajisjet e saldimit. Përdorimi i transformatorëve planarë mund të zvogëlojë ndjeshëm madhësinë dhe peshën e pajisjes përfundimtare.

Transformatori planar gjithashtu përshtatet mirë në strukturën e furnizimit me energji elektrike për sistemet e ngrohjes me induksion. Për këto qëllime, për shembull, është prodhuar një transformator 20 kW (Fig. 3) me përmasa 180x104x20 mm.
Payton Power Magnetics ofron transformatorë me priza për një sërë opsionesh montimi, si për montim në sipërfaqe ashtu edhe përmes opsioneve të montimit të PCB. Sipërfaqet e sheshta të bërthamave janë të përshtatshme për montim automatik. Përveç kësaj, ka pajisje me terminale për montim në sipërfaqe.

Mbytje planare Payton
Payton prodhon një gamë të gjerë të mbytjeve planare. Aspiratat Payton, si transformatorët, ofrojnë fuqi të konsiderueshme në madhësi të vogla. Aspiratat prodhohen duke përdorur teknologjinë e paramagnetizimit të bërthamës. Edhe pse kjo teknologji është e njohur për një kohë të gjatë, ajo nuk është përdorur gjerësisht për shkak të kostos së lartë të materialeve të veçanta magnetike të përdorura tradicionalisht për prodhimin e bërthamave, pamundësisë së funksionimit të pajisjeve në frekuenca të larta dhe përkeqësimit të performancës për shkak të demagnetizimit të bërthama. Inxhinierët e Payton i kanë kapërcyer këto mangësi duke përdorur bërthama ferromagnetike, një zëvendësim i lirë dhe efektiv për bërthamat speciale të magnetit.
Teknologjia e para-magnetizimit të bërthamave ju lejon të dyfishoni vlerën e induktorit pa ndryshuar rrymën, ose dyfishoni vlerën e rrymës me të njëjtën induktancë. Teknologjia e re për prodhimin e mbytjeve bën të mundur reduktimin e humbjeve të energjisë me 4 herë dhe zvogëlimin e zonës së kontaktit me 30-40% (Fig. 4).
Testimi i mbytjeve për përkeqësim magnetik tregoi se në frekuencat e funksionimit deri në 1 MHz, përkeqësimi i vetive magnetike të bërthamave nuk ndodh edhe në një tejkalim 10-fish të forcës së fushës në krahasim me vlerën e zakonshme operative.

Chokes hibride Payton
Për më tepër, Payton po zhvillon në mënyrë aktive teknologji për ndërtimin e mbytjeve hibride planare që janë të afta të funksionojnë në frekuenca të larta rezonante. Këto pajisje bazohen në një bërthamë të rrafshët ferromagnetike me "6 gjunjë", e kombinuar me një dredha-dredha të bllokuar. Ky kombinim ju lejon të arrini një faktor të cilësisë së lartë në frekuenca të larta. Për shembull, vlera e faktorit të cilësisë së një mbytjeje me një induktivitet prej 40 μH në një rrymë prej 3A dhe një frekuencë funksionimi prej 1 MHz është 500!

Filtrat e mbytjes Payton
Payton prodhon gjithashtu mbytëse planare të projektuara posaçërisht për zbutjen e modalitetit të zakonshëm. Raporti ndërmjet induktivitetit të rrjedhjes dhe vetë-induktivitetit të pajisjes reduktohet në 0,005%. Për shkak të vetë-kapacitetit të tyre të lartë, mbytësit planar të modalitetit të zakonshëm mund të përfshijnë kondensatorë hyrës dhe dalës. Prandaj, ky lloj mbytëse mund të përdoret si një filtër i modalitetit të zakonshëm. Sot po zhvillohen tashmë filtra mbytës planar, të cilët do të funksionojnë në rryma deri në 200A.

konkluzioni
Për shkak të performancës së qëndrueshme, efikasitetit të lartë dhe metodës efikase të ftohjes së komponentëve elektromagnetikë planar të Payton, përdorimi i tyre është një zgjidhje tërheqëse për prodhuesit e furnizimit me energji elektrike. Tendenca drejt prodhimit më të lirë të pllakave të qarkut të printuar me shumë shtresa i bën transformatorët e rrafshët gjithnjë e më të përballueshëm për një shumëllojshmëri të gjerë aplikimesh. Mund të supozohet se në të ardhmen e afërt pajisjet planare do të zëvendësojnë plotësisht transformatorët tradicionalë me tela.