Nedolgo nazaj se je inženir iz proizvajalca industrijske opreme obrnil na podjetje Wuxi Huipu Electronics Co., Ltd. z vprašanjem, ki se je zdelo preprosto.
"Preoblikujemo enega od naših krmilnih sistemov. Ali naj nadaljujemo z uporabo toroidnega transformatorja ali je čas za prehod na transformator PCB?"
Na prvi pogled se je odgovor zdel očiten. Stranka je želela manjše ohišje, nižje proizvodne stroške in avtomatsko montažo PCB, zato se je transformator PCB zdel naravna izbira.
Toda po pregledu vloge smo priporočili ohranitev toroidnega transformatorja.
Razlog je bil preprost. Oprema je neprekinjeno delovala v nizko{1}}frekvenčnem izmeničnem napajalnem okolju, kjer so bili učinkovitost, nizka raven hrupa in dolgoročna- termična stabilnost veliko bolj pomembni kot kompaktna velikost.
Ta projekt odlično ponazarja, zakaj PCB transformatorji in toroidni transformatorji niso tekmeci. Zasnovani so za popolnoma drugačne inženirske probleme.
Čeprav se oba zanašata na elektromagnetno indukcijo, se njuna filozofija oblikovanja, delovna frekvenca in aplikacije bistveno razlikujejo. Izbira med njimi ni toliko odvisna od tega, kateri transformator je "boljši", temveč bolj od tega, kateri ustreza vaši elektronski zasnovi.
Največja razlika se začne pri delovni frekvenci.
Transformator PCB je običajno zasnovan za-visokofrekvenčna stikalna vezja. Večina se uporablja znotraj stikalnih napajalnikov, ki delujejo od deset kilohercev do nekaj sto kilohercev. Ker je delovna frekvenca visoka, je lahko magnetno jedro veliko manjše, medtem ko še vedno prenaša potrebno moč. To inženirjem omogoča izdelavo kompaktnih napajalnikov, ki se prilegajo neposredno na tiskana vezja.
Toroidni transformator deluje v popolnoma drugačnem okolju. Večina toroidnih transformatorjev deluje neposredno iz omrežja AC 50Hz ali 60Hz. Ker nizko{4}}delovanje zahteva veliko večje magnetno jedro, so toroidni transformatorji fizično večji, vendar nudijo odlično učinkovitost, stabilno izhodno napetost in izjemno nizko elektromagnetno sevanje.
Samo ta razlika določa, kje se vsak transformator običajno uporablja.
PCB transformatorje običajno najdemo v stikalnih napajalnikih, industrijskih krmilnikih, komunikacijski opremi, izdelkih za pametni dom, medicinski elektroniki in kompaktnih potrošniških napravah, kjer je prostor na plošči omejen in je avtomatizirano sestavljanje nujno.
Toroidni transformatorji se pogosteje uporabljajo v zvočnih ojačevalnikih, laboratorijski opremi, medicinskih instrumentih, industrijskih napajalnikih in drugih sistemih, kjer so nizko-frekvenčna pretvorba izmeničnega toka, tiho delovanje in dolga življenjska doba prednostne naloge.
Tudi fizična konstrukcija odraža te različne cilje.
Transformator PCB je zasnovan za spajkanje neposredno na vezje. Postane del sklopa PCB, kar poenostavi proizvodnjo in zmanjša ožičenje. Sodobne SMT in avtomatizirane proizvodne linije so v veliki meri odvisne od te vrste transformatorja, ker podpira učinkovito veliko-serijsko proizvodnjo.
Toroidni transformator je običajno nameščen ločeno znotraj ohišja opreme. Njegovo laminirano jedro v obliki obroča- zmanjšuje magnetno uhajanje in zagotavlja odlično učinkovitost, vendar zahteva dodatno mehansko namestitev, ožičenje in sestavljanje.
Toplotna učinkovitost je še en pomemben dejavnik.
V visoko{0}}frekvenčnih napajalnikih transformatorji PCB proizvajajo razmeroma malo toplote, ker feritna jedra učinkovito delujejo pri visokih preklopnih frekvencah. Ker pa so nameščeni neposredno ob občutljivih elektronskih komponentah, je treba njihovo povišanje temperature še vedno skrbno nadzorovati.
Čeprav so toroidni transformatorji fizično večji, zelo dobro odvajajo toploto zaradi svoje velike površine in učinkovite magnetne strukture. Med neprekinjenim delovanjem pogosto ostanejo izjemno hladni, kar pojasnjuje, zakaj se pogosto uporabljajo v opremi, ki naj bi delovala več let brez prekinitev.
Elektromagnetne motnje so še eno področje, kjer inženirji to dvoje pogosto primerjajo.
Toroidni transformatorji so znani po izjemno nizkem razpršenem magnetnem polju. Njihova zaprta magnetna pot zmanjšuje elektromagnetno sevanje, zaradi česar so idealni za občutljivo analogno opremo, kot so avdio ojačevalniki in natančni merilni sistemi.
Transformatorji PCB, zlasti tisti, ki se uporabljajo v stikalnih napajalnikih, seveda delujejo v okoljih z veliko višjo frekvenco. Njihova elektromagnetna zmogljivost je močno odvisna od zasnove navitja, postavitve PCB in zasnove okoliškega vezja. V podjetju Wuxi Huipu Electronics Co., Ltd. naša ekipa inženirjev posveča posebno pozornost induktivnosti uhajanja, razporeditvi navitij in izolacijski strukturi, ker ti dejavniki pomembno vplivajo na zmogljivost EMI.
O stroških se pogosto razpravlja, vendar jih nikoli ne bi smeli obravnavati ločeno.
Standardni toroidni transformator se lahko v nekaterih aplikacijah zdi cenejši, vendar dodatno ožičenje, mehanska montaža in čas namestitve povečajo skupne stroške izdelave. Nasprotno pa lahko PCB transformator znatno zmanjša delo pri montaži, ker je nameščen neposredno med proizvodnjo PCB.
Za proizvajalce originalne opreme, ki proizvajajo na tisoče enot vsak mesec, ti prihranki pri sestavljanju pogosto postanejo pomembnejši od same cene komponente.
Ena napaka, ki jo občasno opazimo, je poskus zamenjave toroidnega transformatorja s transformatorjem PCB preprosto za zmanjšanje velikosti izdelka. Čeprav to lahko deluje v določenih aplikacijah stikalnega napajanja, le redko uspe v nizko-frekvenčnih napajalnih sistemih AC. Podobno bi zamenjava visoko-frekvenčnega PCB transformatorja s toroidnim transformatorjem popolnoma spremenila arhitekturo napajanja.
Transformator je vedno treba izbrati glede na električno zasnovo-in ne obratno.
Ko nas stranke vprašajo, kateri transformator naj izberejo, le redko začnemo z razpravo o samem transformatorju.
Namesto tega postavljamo drugačno vrsto vprašanj.
Kakšna je vhodna napetost?
Je napajalnik linearen ali preklopni?
Koliko prostora na tabli je na voljo?
Ali izdelek zahteva avtomatizirano sestavljanje tiskanega vezja?
Kakšne so toplotne in elektromagnetne zahteve?
Šele po razumevanju celotne aplikacije priporočamo ustrezno transformatorsko tehnologijo.
Po večletni podpori proizvajalcem elektronske opreme v različnih panogah smo ugotovili, da najboljšega transformatorja nikoli ne določa videz ali priljubljenost. Določen je glede na to, kako dobro se ujema z električnimi, mehanskimi in proizvodnimi zahtevami končnega izdelka.
Transformator PCB omogoča kompaktne, učinkovite visokofrekvenčne-elektronske sisteme.
Toroidni transformator zagotavlja izjemno učinkovitost, tiho delovanje in zanesljivost pri nizko-frekvenčnih napajalnih aplikacijah.
Nobeden ni univerzalno boljši.
Prava izbira je preprosto tista, ki omogoča, da vaš elektronski dizajn deluje točno tako, kot je predvideno.