Планарные трансформаторы

Планарные трансформаторы впервые были разработаны в конце 80-х, однако из-за сложной технологии изготовления они не получили широкого распространения. Современную технологию производства планарных трансформаторов тоже нельзя назвать простой, однако благодаря постоянному совершенствованию технологического процесса, стоимость планарных трансформаторов снизилась и это позволило им конкурировать на рынке источников электропитания.

Планарные трансформаторы являются отличной альтернативой обычным трансформаторам, когда возникает необходимость в малоразмерных магнитных компонентах.

Планарные трансформаторы могут выступать в виде навесных компонентов, в виде однослойных печатных плат или в качестве небольшой многослойной платы.

Преимущества планарных магнитных компонентов

Основные преимущества можно описать так:

  1. Имеют очень маленькие размеры. Благодаря этому планарные компоненты становятся перспективными для применения в стоечном и портативном оборудовании с высокой плотностью монтажа.

  2. Подходят для разработки высокоэффективных испульсных преобразователей мощности. Медь на переменном токе имеет малую величину потерь, а благодаря высокому коэффициенту связи становится возможным более эффективное преобразование.

  3. Высокая плотность проходной мощности. Возникает благодаря хорошим температурным характеристикам.

  4. Имеют отличную повторяемость свойств. Повторяемость величин паразитных параметров позволяет достигать высоких частот переключения и создавать резонансные схемы.

  5. КПД до 98%. Если конструкция хорошо охлаждается, это позволяет ей передавать мощность от десятков ватт до единиц киловат.

  6. Рабочее напряжение между обмотками составляет более 1000В.

  7. Возможности к увеличению мощности трансформатора, путем использования пакетов обмоток.

planar transformer type

Особенности технологии

Планарная технология производства предусматривает, что в процессе изготовления индуктивных компонентов в качестве обмоток выступают дорожки на печатной плате или участки меди, которые наносятся печатным способом и разделяются слоями изоляционного материала. Также обмотки можно сконструировать из многослойных печатных плат.

В любом случае обмотки помещаются между малоразмерными фееритовыми сердечниками. Навесные планарные компоненты расположены ближе всего к обычным индуктивным компонентам и их можно использовать  вместо обычных деталей на одно- или многослойных печатных платах.

Чтобы уменьшить высоту навесного компонента, несобходимо поместить сердечник в вырез печатной платы так, чтобы обмотка легла на поверхность платы.

Шаг вперед показывает гибридный тип, в котором часть обмоток встраивается в материнскую плату, а остальные находятся на многослойной плате, которая соединяется с материнской.

В то же время, материнская плата должна иметь отверстия для ферритового сердечника.

Последний тип планарных компонентов имеет обмотку, полностью интегрированную в многослойную печатную плату.

planar transformer

Отличия планарных трансформаторов от традиционных катушечных

  1. Планарные трансформаторы имеют относительно большую эффективную площадь охлаждения и их гораздо легче охлаждать. Для этого можно использовать естественное, принудительное, жидкостное охлаждение, односторонний или двусторонний радиатор.

  2. Малый разброс электрических параметров от устройства к устройству.

  3. Погрешности параметров планарного трансформатора в сотни раз меньше погрешностей традиционного трансформатора.

Где используются планарные трансформаторы

Планарные трансформаторы нашли свое применение в телекоммуникационных системах, авиационных бортовых системах, компьютерах, силовых источниках питания, сварочных аппаратах и в системах индукционного нагрева. В целом, планарные трансформаторы могут применяться везде, где возникает необходимость в силовых трансформаторах, которые бы имели высокий КПД, и в то же время обладали малыми габаритами.