Обычно под термином трансформаторы понимаются устройства, преобразующие энергию на частоте работы электрической сети — 50 Гц. Они крупногабаритны и имеют большой вес. Современная схемотехника предлагает технические решения, позволяющие отказаться от применения подобных конструкций для питания радиоаппаратуры, уменьшить их размеры и улучшить некоторые характеристики за счет увеличения рабочей частоты преобразования.
Обмотка в планарных трансформаторах
Но с увеличением частоты в трансформаторах начинают возрастать потери в обмотках за счет влияния скин-эффекта. Провод с круглым сечением в традиционной обмотке наиболее плохо приспособлен для этого. В планарных трансформаторах в качестве обмотки используется проводники многослойных печатных плат, сечение которых имеет прямоугольную форму. Отношение периметра поверхностного слоя к площади сечения дорожки увеличивается в несколько раз, что позволяет более эффективно использовать проводник для прохождения высокочастотного тока.
АО «НПП «ОПТЭКС» уделяет особое внимание таким плоским электромагнитным компонентам и источникам питания, разработанным на их основе.
Обмотки плоских малогабаритных электромагнитных компонентов представляют собой пакет многослойных печатных плат, на которых витки выполнены в виде циклических (закрученных спиральных) дорожек вокруг феррита. Переход витков на следующий слой осуществляется с помощью металлизированных отверстий. Такая конструция наилучшим образом приспособлена для организации чередования проводников первичной и вторичной обмоток, располагая их в соседних слоях печатной платы. Это позволяет усилить потокосцепление между обмотками, что благотворно сказывается на эффективности энергопередачи и уменьшении индуктивности рассеивания трансформатора.
Все это вместе взятое позволяет повысить КПД трансформатора до 98%, а КПД источника питания на его основе довести до 90%.
Кроме того, конструкция планарных трансформаторов позволяет создавать коммутационные платы со встроенными трансформаторами и дросселями для источников вторичного электропитания.
Преимущества планарных трансформаторов
В отличие от приборов с моточными трансформаторами, источники питания с планарными трансформаторами и дросселями дают следующие основные преимущества:
- Уменьшение габаритных размеров, особенно высоты трансформатора;
- Уменьшение массы;
- Улучшение потокосцепления между обмотками за счет перемежения первичной и вторичной обмотки;
- Улучшение теплоотвода за счет большой плоской поверхности сердечника, позволяющей применить радиатор для охлаждения;
- Уменьшение индуктивности рассеивания;
- Возможность пропускания тока большей плотности через обмотки;
- Воспроизводимость и малый разброс технических характеристик трансформаторов в партии;
- Возможность интегрировать трансформатор в печатную плату источника питания;
- Высокая надёжность изделия;
- Технологичность при сборке;
- Простота проектирования под любые сердечники.
Материалы для изготовления обмоток
Для достижения высоких характеристик мы экспериментируем с различными материалами для изготовления обмоток. Наряду с традиционным стеклотекстолитом мы широко используем полиимид либо с формированными металлизированными обмотками, либо в виде специальных прокладок для увеличения пробойного напряжения, что весьма актуально для источников питания от сети 220 В. Применение различных материалов позволяет более гибко искать компромисс между необходимыми техническими характеристиками и стоимостью изделия.
В настоящее время нами изготовлено огромное количество планарных трансформаторов, начиная с самых маленьких для DC-DC преобразователей мощностью 10 Вт, до самых больших — мощностью 1200 Вт.
Многослойные платы для трансформаторов изготавливаются на нашей технологической линейке, что позволяет существенно сократить время разработки за счет тесного взаимодействия между технологами и конструкторами.
