(812) 327-96-60
(812) 387-55-06

reom@reom.ru

Использование планарных трансформаторов в DC-DC преобразователях

Основное направление развития современных преобразователей DC-DC - это уменьшение их размеров при одновременном повышении мощности.

Для уменьшения габаритов DC-DC преобразователей созданы специализированные микросхемы управления, мощные ключи с низкими потерями. В то же время, пока применяются традиционные импульсные трансформаторы с проволочной намоткой, которые за счет каркаса увеличивают размеры преобразователей.

Для улучшения массогабаритных характеристик преобразователей, на смену традиционной технологии изготовления трансформаторов приходит планарная технология. Она основана на использовании печатных плат вместо проволочной намотки на каркас.

Что же такое планарная технология и в чем ее особенности?

Принцип построения планарных трансформаторов (ПТ) приведен на рисунке. ПТ состоит из нескольких слоев печатных плат с нанесенными на них витками обмотки, которые выполнены в виде печатных проводников. Все слои размещаются друг над другом и удерживаются двумя частями ферритового сердечника.

преобразователь DC-DC

Рисунок

Рассмотрим основные преимущества планарных трансформаторов перед традиционными трансформаторами с проволочной намоткой.

Использование печатных проводников в качестве витков ПТ обеспечивает высокую степень согласованности расстояний между витками и слоями. В результате, межобмоточная емкость остается постоянной, а чередование обмоток позволяет снизить индуктивность рассеивания. Величину диэлектрической прочности изоляции также можно контролировать, увеличивая расстояние между печатными проводниками.

 ПТ имеют относительно бóльшую эффективную площадь поверхности, что обеспечивает лучшее рассеивание тепла, выделяемого в трансформаторе.

При проектировании DC-DC преобразователей для работы на частотах свыше нескольких сотен килогерц и единиц мегагерц большее значение приобретает скин-эффект, который проявляется в виде вытеснения высокочастотных токов к внешней поверхности проводников.

В результате наибольшая плотность тока наблюдается у поверхности проводника, а наименьшая - в середине, что приводит к увеличению сопротивления проводника с ростом частоты.

В традиционном трансформаторе эта проблема решается за счет увеличения диаметра намоточного провода или использования нескольких проводов меньшего сечения. Это приводит к увеличению объема обмоток, и к увеличению размера сердечника.

При увеличении сердечника увеличивается уровень потерь в трансформаторе и его габаритные размеры. Обмотки планарных трансформаторов, выполненные в виде плоских печатных проводников, меньше подвержены негативному воздействию скин-эффекта, чем и обусловлено применение ПТ в более высокочастотных приложениях.

Трансформатор с проволочной обмоткой обладает большим разбросом параметров, так как проволока, особенно в процессе ручной намотки, ложится на каркас неравномерно, что может повлиять на характеристики индуктивности и добротности трансформаторов одного типа.

Напротив, использование одного и того же технологического процесса при изготовлении печатных плат ПТ позволяет соблюсти высокую степень воспроизводимости их параметров, что особенно ценно при массовом производстве.

Изготовление планарных трансформаторов в единичных экземплярах на сегодняшний день является нецелесообразным по экономическим соображениям, так как требует разработки печатной платы и магнитного сердечника. Но уже в партии эта цена становится приемлемой, а при серийном производстве - существенно ниже цены обычных трансформаторов.