Трансформатор без сердечника: Линейный трансформатор без сердечника и его характеристики

Содержание

Линейный трансформатор без сердечника и его характеристики

Трансформатором называется устройство для передачи энергии из одной части электрической цепи в другую, действие которого основано на использовании явления взаимоиндукции.

Трансформатор как электрическое устройство относится к классу электрических машин и применяется для повышения или понижения амплитудных значений переменных напряжений и токов. С этой точки зрения различают повышающие и понижающие трансформаторы.

Конструктивно трансформатор состоит из двух или более индуктивно связанных катушек, называемых обмотками. Обмотки трансформатора обычно наматываются изолированным медным проводом на общем каркасе или безкаркасно одна на другую и разделяются диэлектрическими прокладками. После чего в каркас вставляется замкнутый ферромагнитный сердечник, что позволяет существенно уменьшить магнитный поток рассеяния трансформатора. Поскольку магнитная проницаемость ферромагнитных материалов зависит от напряженности магнитного поля, создаваемого в нём токами обмоток трансформатора, то в общем случае такой трансформатор является нелинейным устройством, и процессы в нём описываются нелинейным дифференциальным уравнением.

К одной из обмоток трансформатора, которая называется первичной обмоткой, подключается источник переменного напряжения или тока. К остальным обмоткам, называемым вторичными обмотками, подключаются нагрузки.

Трансформатор без ферромагнитного сердечника является линейным, и процессы в нём описываются линейны дифференциальным уравнением. Рассмотрим линейный трансформатор, который состоит из двух обмоток (рис. 9.6), включённых встречно, к первичной обмотке которого приложено гармоническое напряжение . Это напряжение вызывает в первичной обмотке ток . Часть потокосцепления, обусловленного током , возбуждает во вторичной обмотке трансформатора э.д.с. взаимоиндукции . Если к вторичной обмотке подключенная нагрузка, то под действие э.д.с. в ней пойдет ток . Последний вызывает своё потокосцепление, часть которого возбуждает в первичной обмотке э.д.с. взаимоиндукции .

Тогда уравнения трансформатора, составленные в комплексной форме по второму закону Кирхгофа, будет иметь вид:

где , — индуктивности обмоток трансформатора; и — сопротивления, учитывающие потери энергии в обмотках трансформатора.

Полученные уравнения равносильны следующим:

Если токи и рассматривать как контурные токи контуров, образованных обмотками трансформатора и подключёнными к ним элементами, то в соответствии с уравнениями можно составить эквивалентную схему замещения трансформатора, в которой обмотки трансформатора связаны не индуктивно, а электрически (кондуктивно) (рис. 9.7).

В режим холостого хода, то есть при отсутствии нагрузки, ток вторичной обмотки трансформатора равен нулю . При этом ток первичной обмотки трансформатора будет равен

 

.

 

Рис. 9.7

 

Найденное значение тока называется током намагничивания или током холостого хода, трансформатора.

Если первичная обмотка подключена источнику напряжения, близкому к идеальному, то действующие значения напряжения на обмотках трансформатора практически остаются такими же, какими они были в режиме холостого хода.

Возникновение тока вторичной обмотки трансформатора вызывает увеличение тока первичной обмотке, что приводи к увеличению мощности, потребляемой трансформатором от источника напряжения. Изменение тока вторичной обмотки приводит к пропорциональному изменению тока первичной обмотки, а также мощности, потребляемой от источника напряжения.

Определим входное сопротивление трансформатора, вторичная обмотка которого нагружена комплексным сопротивление . Поскольку напряжение на нагрузке , то уравнения трансформатора можно записать в виде:

 

 

Решая второе уравнение относительно тока вторичной обмотки

 

 

и подставляя найденное выражение в первое уравнение, находим входное сопротивление трансформатора

где — вносимым сопротивление из цепи вторичной обмотки в цепь первичной обмотки.

Трансформатор, у которого ток намагничивания равен нулю, что возможно только при условии , называется

идеальным трансформатором, и его уравнения имеют вид:

 

;

,

 

где — коэффициент трансформации, равный отношению числа витков обмоток.

Трансформатор, у которого ( ) и, называется повышающим, а трансформатор, у которого ( ) — понижающим.

Поскольку коэффициент трансформации является действительным числом, то напряжение и ток вторичной обмотки идеального трансформатора имеют такие же начальные и мгновенные фазы, как соответствующие напряжения и ток первичной обмотки и отличаются от них только по амплитуде. Коэффициент полезного действия такого трансформатора равен единице.

Если потери мощности непосредственно в трансформаторе достаточно малы, то можно приближенно его рассматривать как идеальный. В этом случае мощности в первичной и вторичной обмотках трансформатора одинаковы и можно считать, что действующие значения токов в обмотках трансформатора приблизительно обратно пропорциональны действующим значениям напряжениям

.

Если к выводам вторичной обмотки идеального трансформатора подключить сопротивление нагрузки , то входное сопротивление идеального трансформатора со стороны первичной обмотки будет равно

.

Отсюда следует, что входное сопротивление идеального трансформатора имеет такой же характер, как и сопротивление нагрузки и отличается от него только по модулю в раз.

Если первичная обмотка подключена источнику напряжения, близкому к идеальному, то действующие значения напряжений на обмотках трансформатора практически остаются неизменными при различных токах этих обмоток. При подключении ко вторичной обмотке трансформатора сопротивления нагрузки в этой обмотке возникает ток, который увеличивается при уменьшении сопротивления нагрузки, приводит к пропорциональному увеличению мощности, потребляемой нагрузкой. При этом ток первичной обмотки трансформатора также увеличивается пропорционально току нагрузки, что приводит к увеличению мощности, потребляемой трансформатором от источника напряжения.

В реальном трансформаторе, в отличие от идеального, имеют место потери энергии, а также запасание энергии в электрическом поле паразитных емкостей. Кроме того, индуктивность обмоток реального трансформатора имеет конечное значение, а потокосцепления рассеяния не равны нулю.

Поэтому при разработке конструкции трансформатора принимаются меры, направленные на приближение его свойств к свойствам идеального трансформатора.

Несмотря на то, что реальный трансформатор по своим свойствам отличается от идеального, аналитические выражения, полученные для идеального трансформатора, широко используются при расчете реальных трансформаторов.


Узнать еще:

Потребление тока при использовании трансформатора без сердечника в качестве электромагнита

Давайте начнем с закрытого сердечника трансформатора, затем медленно откроем воздушный зазор или добавим вторичную.

Поток в ядре, поле B, колеблется в диапазоне. Для низкочастотного железного сердечника обычно конструируют трансформатор таким образом, чтобы диапазон составлял +/- 1,5Т. Именно изменение в этом B-поле генерирует обратную ЭДС, которая противодействует входному напряжению. Таким образом, при входном напряжении с фиксированной амплитудой (независимо от нагрузки трансформатора) поле B должно качаться с фиксированной амплитудой, опять же, независимо от нагрузки.

Для намагничивания сердечника, чтобы получить этот поток, должен быть текущий ток. В первичной обмотке трансформатора без нагрузки ток, необходимый для возбуждения этого потока вокруг сердечника, называется током намагничивания. Этот ток создает Н-поле, ампер. Обороты, деленные на магнитную длину сердечника. С закрытым железным сердечником, имеющим относительную проницаемость в несколько тысяч, требуется не так много H-поля, чтобы управлять достаточным B-полем.

Когда вы пропускаете ток во вторичной обмотке, вторичный ток противодействует первичному току, что уменьшает H-поле вокруг сердечника, уменьшая обратную эдс. Это позволяет протекать большему количеству первичного тока до тех пор, пока поле H снова не станет достаточно сильным для возбуждения поля B, которое генерирует ту же самую амплитуду противоэдс.

Если вместо этого вы открываете воздушный зазор в сердечнике, то количество поля B, которое вы получаете для поля H, резко падает, и снова амплитуда поля B падает, позволяя течь большему току.

Эффект воздушного зазора довольно драматичен. Если мы предположим довольно большой сердечник трансформатора, скажем, 100 мм х 100 мм, длина магнитного пути будет порядка 250 мм в длину. Если принять железо трансформатора с проницаемостью 2500, то длина пути в железе эквивалентна 0,1 мм в воздухе. Если мы введем воздушный зазор 0,1 мм, ток намагничивания удвоится. Если бы мы ввели воздушный зазор 1 мм, он увеличился бы в 11 раз.

Как только воздушный зазор достигает шкалы в несколько миллиметров, он перестает быть «сердечником с зазором» и становится «катушкой проволоки с небольшим количеством железа в нем», причем ток определяется длиной воздушного зазора, а не по железным свойствам ядра.

Часто устанавливается вибрационный питатель, поэтому между сердечником и арматурой имеется как можно меньший воздушный зазор. Это уменьшает ток, необходимый для его привода. Ток привода остается очень чувствительным к размеру зазора.

Катушки индуктивности без сердечников - Энциклопедия по машиностроению XXL

КАТУШКИ ИНДУКТИВНОСТИ БЕЗ СЕРДЕЧНИКОВ  [c. 374]

Зарядный индуктивный элемент может быть выполнен в виде зарядного дросселя со стальным сердечником либо как катушка индуктивности без стального сердечника.  [c.51]

Для отыскания места короткого замыкания в рельсовой цепи переменного тока применяют катушку индуктивности (с сердечником или без него) с телефоном. При поднесении катушки к рельсу, по которому идёт переменный ток, в телефоне прослушивается индуктированный ток. Проходя с катушкой вдоль рельсовой цепи, легко обнаружить место короткого замыкания или большой сосредоточенной утечки. За точкой замыкания звук в телефоне более или менее резко снижается, и, поднеся катушку к предполагаемому пути замыкания (как, например, гарнитура стрелки, изолирующий стык), в телефоне будет слышен звук. Для удобства прослушивания целесообразно периодически прерывать цепь питания, создавая импульсы тока в рельсе.  

[c.376]


Здесь первый пример описывает связанные индуктивности без сердечника К1, второй — ферромагнитный сердечник К2, на котором находятся две катушки индуктивностей L1, L2.[c.21]

Катушки индуктивности дроссель без сердечника  [c.271]

Индуктивность катушки без сердечника  [c.146]

Добротность (Q ) катушки определяется по отношению индуктивного сопротивления к эквивалентному сопротивлению всех потерь плюс омическое сопротивление провода обмотки. В контурах применяют катушки с сердечником, имеющие добротность Q =30- 500. Катушки связи и дроссели высокой частоты имеют меньшую добротность. Зависимость добротности катушек с сердечником и без сердечника от частоты показана на рис. 10.3,  [c.371]

В табл. 84 приведены сравнительные данные катушки без сердечника и катушки той же индуктивности с сердечником из магнитодиэлектрика.  

[c.334]

Добротность катушки с магнитным сердечником зависит от потерь в материале, величины и очень сильно от частоты. Приближенно можно считать, что на относительно невысоких частотах добротность катушки с сердечником в раз больше добротности катушки с той же индуктивностью, но без сердечника. С увеличением частоты добротность падает, так как потери в сердечнике растут, а Не уменьшается. Частоту, на которой введение сердечника не увеличивает добротность катушки, можно считать верхней границей рабочего диапазона. На частотах выше граничной сердечники применяют только для подстройки индуктивности  [c.378]

Катушка индуктивности L берется без сердечника для получения малых потерь. Величины Ri == 10.. . 100 ом, R 50 ком магазин сопротивлений R% == 0... 5000 ом. Погрешность при  [c.60]

КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ — электрический проводник в форме спирали с ферромагнитным сердечником или без него, обладающий свойством накапливать магнитную энергию при прохождении по нему электрического тока.  [c.59]

Кроме рабочих обмоток, имеются следующие обмотки управления, задающая, регулировочная, стабилизирующая, которые обхватывают оба сердечника, причем управляющая обмотка включена встречно другим. Катушки выполнены без каркаса и залиты эпоксидным компаундом. При изменении тока в обмотках подмагничивания меняется индуктивное сопротивление, а значит, и ток рабочих обмоток. Основные данные обмоток амплистата приведены в табл. 18.  [c.151]

Катушка индуктивности представляет собой высокочастотный дроссель без сердечника. Он включен в цепь первичной обмотки силового трансформатора, находится под напряжением контактной сети и вместе с конденсатором смонтирован на крыше вагона.  [c.29]


Емкость контура может быть легко изменена специальным переключающим устройством. Катушка индуктивности является основной индуктивностью контура и выполнена без ферромагнитного сердечника. Вариометр, управляемый с пульта ультразвуковой установки, обеспечивает плавную оперативную подстройку частоты. Некоторое изменение частоты осуществляется также регулировкой (в небольших пределах) тока подмагничивания преобразователя. Значение частоты контролируется по стрелочному измерителю частоты, расположенному на том же пульте. Величина постоянного тока подмагничивания осуществляется амперметром, расположенным на пульте, на котором расположены также органы регулировки режимом колебаний и сигнализации.  [c.509]

Для защиты от помех радиоприему, которые вызываются искрением на токоприемнике, коммутацией тяговых двигателей и аппаратов силовой цепи, применяют индуктивный фильтр ФС-ЗБ-3 дроссельного типа. Последний включен в силовую цепь между токоприемником и воздушным выключателем. Благодаря наличию индуктивного фильтра радиопомехи снижаются примерно в 10 раз и гасится переменная составляющая. Индуктивный фильтр представляет собой высокочастотный дроссель без сердечника в виде изолированной катушки 4 (рис. 203). С  [c.229]

Независимо от используемого метода регулирования, существенным фактором является самоиндукция роторной обмотки. Индукция - это свойство обмотки, состоящее в том, что ток в ней не может измениться мгновенно, а скорость его уменьшения или возрастания определяется параметрами электрической цепи. Катушка с железным сердечником обладает во много раз большей индуктивностью, чем катушка без сердечнике. Чем больше индуктивность, тем ниже скорость изменения тока в катушке.  [c.48]

Укажем на способ конструктивной реализации цементов фильтра. Для получения заданной емкости подбирают набор неполярных (бумажных, тонкопленочных и др.) конденсаторов на рабочее напряжение не менее 55 В. Что касается индуктивности, то ее получают путем намотки обмоточного провода на катушки. Привести рекомендации по расчету числа витков катушек, изготовленных с применением ферритовых сердечников, невозможно ввиду значительного разброса магнитных свойств феррита, а потому приведем рекомендации по изготовлению катушек без ферромагнитных сердечников. Оптимальная конструкция катушки в смысле максимума отношения ее индуктивности к активному сопротивлению получается, когда внутренний диаметр цилиндрической обмотки катушки вдвое больше ее высоты /i, а внешний диаметр в 4 раза больше высоты и и в 2 раза больше внутреннего диаметра. При  [c.157]

Трансформаторы с последовательно включенной в первичную цепь индуктивной катушкой (рис. 29, а). Индуктивность катушки должна быть постоянной, поэтому катушка может быть либо вообще без стального сердечника, либо иметь ненасыщенный сердечник. Насыщающийся трансформатор 1 может быть либо 110  [c.110]

Последнее слагаемое часто превышает первое, поэтому температурная стабильность катушки с сердечником всегда хуже, чем без него, и в основном определяется его температурными свойствами. Для малогабаритных и миниатюрных катушек, в которых используются ферритовые сердечники, стабильность индуктивности, как правило, низкая при этом, чем больше д сердечника, тем стабильность ниже. Это существенный недостаток ферритовых сердечников.  [c.191]

В приборах с накладными датчиками применяются катушки индуктивности без сердечников и с сердечниками из магнитодиэлектрических материалов, например 12  [c. 12]

Расчет показывает [65], что объем и, следовательно, масса сердечника зарядного дросселя прямо пропорциональны энергии, запасаемой в емкостном накопителе, и не зависят от мощности зарядного устройства. Умень-ищть массу зарядного индуктивного элемента можно Применением катушки индуктивности без стального сер-  [c.51]

Лучшее совмещение магнитных и электрических свойств получается у ферритов, которые имеют р = 10 —10 ом-см и = 15+-2000. Основным параметром является Цдфф—эффективная магнитная проницаемость, определяемая на эталонных высокочастотных катушках индуктивности с сердечником и без сердечника из соотношения  [c.378]

Альсиферовые и карбонильные сердечники изготавливаются из высокодисперсных ферромагнитных частиц, которые изолируются полистироловой или бакелитовой смолой эта масса затем прессуется в сердечники нужной формы. Расчет индуктивности катушек с ферритовыми и другими магнитодиэлектрическими сердечниками весьма сложен. Уменьшение магнитного сопротивления может быть учтено с помощью так называемой катушечной эффективной магнитной проницаемости, представляющей собой отношение индуктивности катушки с сердечником к индуктивности той же катушки без сердечника.  [c.15]


Примем, что кольцевой зазор, через который замыкаются силовые линии, идущие вне катушки, настолько мал, что им можно пренебречь. Если обозначить через абсолютную магнитную проницаемость сердечника / — среднюю длину силовой линии в сердечнике L — индуктивность катушги без сердечника, то индуктивность изображенной на рис. 11 катушки L= i L, где Ид — эффективная магнитная проницаемость с учетом зазора  [c.201]

При работе электрических машин и аппаратуры электровоза, а также при искрении на токоприемнике создаются радиопомехи, для подавления которых на электровозах ВЛЮ, ВЛ8 и ВЛ23 применяются дроссель и высоковольтный конденсатор. Дроссели представляют собой две индуктивные катушки без сердечников, устанавливаемые на четырех изоляторах на крыше электровоза. Индуктивные катушки включаются в силовую цепь между крышевыми разъединителями и электрическим оборудованием электровоза и служат для подавления переменных составляющих тока помех. Конденсатор с бумажной изоляцией, герметизированный, рассчитанный на напряжение Ю /се и емкость  [c.198]

Приведем перечень аналоговых элементов конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности, длинные линии с потерями и без потерь, биполярные п-р-п- и р-п ii-r t - диоды, Mai ни 1ные сердечники с во адушным а ю-  [c.8]

Катушка индуктивности представляет собой высокочастотный дроссель без сердечника. Он включен в силовую схему между токоприемником и главным разъединителем, находится под напряжением контактной сети и вместе с конденсатором смонтирован на крыше вагона. На электропоезде ЭТ2М применяется дроссель типа ДП-32, на остальных - 1ДР. 050 (рис. 2.34).  [c.47]

Магаитные бесконтактные аппараты. Основным элементом бесконтактных магнитных аппаратов является магнитный усилитель. Он позволяет плавно изменять переменный ток за счет изменения индуктивного сопротивления катушки с ферромагнитным сердечником. Магнитные усршители подразделяются на простые (без обратной связи), с обратной связью и др.  [c.308]

Катушки лндуктивности колебательных контуров радиолюбители наматывают самостоятельно, нередко используя каркасы заводского изготовления. Наиболее распространены однослойные цилиндрические катушки без сердечников нли с сердечниками из карбонильного железа или феррита. Широко применяют также катушки на ферритовых кольцах. Индуктивность однослойной цилиндрической катушки без сердечника  [c.10]

Катушки без сердечника рассчитывают по импирическим формула с погрешностью 10%, причем для каждого вида обмотки существую свои формулы. При необходимости обеспечения требуемого значени индуктивности с меньшей погрешностью количество витков катушк  [c. 134]

Вторичная обмотка трансформаторов предназначена для включения непосредственно в сильноточный разрядный контур. В момевт разрядки накопителя к обмотке прикладывается полное напряжение и ферритовый магнитопровод быстро насыщается. В данных трансформаторах индуктивность вторичной о бмотки после асыщения сердечников имеет относительно большие значения (порядка 100 мкГ). Это позволяет для однозвенных ЬС-формирующих линий обойтись без включения дополнительных разрядных катушек индуктивности. В рассматриваемой конструкции функции импульсного трансформатора и разрядной катушки оказываются совмещенными в одном элементе, что вдвое сокращает массу и объем такого устройства по сравнению со случаем использования импульсных трансформаторов, у которых после насыщения магнитопровода индуктивность, как правило, имеет величину 10—15 мкГ.  [c.56]

Наиболее существенным дестабилизирующим фактором при работе частотных преобразователей является изменение температуры окружающей среды. При этом в наибольшей степени изменяется индуктивность катушки. Для оценки этой температурной погрешности были проведены экспериментальные исследования, состоящие в измерении девиации частоты измерительного автогенератора при нагревании и охлаждении катушек индуктивности, выполненных на основе ферритовых сердечников, как это было сказано выше. Катушки были намотаны проводом типа ПЭВ-0,08 на фторопластовые каркасы и имели оптимальное значение Ким- При нагревании температура фиксировалась через каждые 10°С. При охлаждении фиксировалась лишь конечная температура. На рис. 2 графически представлены результаты экспериментов. Кривые 1—3 соответствуют катушке с ферри-товым сердечником типа 41 без стержня, а кривые 1С—ЗС соответствуют тем же условиям, но со стержнем, внесенным на половину длины катушки.  [c.119]


Ответы на вопросы о трансформаторах.

За время работы нашей компании, а это, на минуточку, более 15 лет, нами был накоплен ценный опыт, который помогает в решении повседневных сложных задач наших заказчиков, и которым мы бы хотели поделиться с пользователями нашего сайта. Благодаря рубрике «Вопрос-ответ» мы производим обратную связь с нашими клиентами, и некоторые вопросы нам показались интересными. Одни вопросы задают очень часто, другие – не очень, однако, в любом случае, мы приняли решение осветить в данной статье те моменты, которые, безусловно, являются очень важными в процессе повседневной эксплуатации трансформаторов.

Итак, начнем с вопросов, которые являются ключевыми. На эти вопросы мы отвечали не раз, однако, они по-прежнему волнуют многих наших посетителей:

- На каком принципе основывается работа трансформатора?

Ответ: В основе принципа действия любого трансформатора лежит явление электромагнитной индукции. Т.е. явлении, связанном с возникновением электрического тока в замкнутом контуре трансформатора.

 

- Что такое анцапфа?

Ответ: Анцапфа – это, так называемый, переключатель ПБВ (сокр., переключение без возбуждения). В силовом трансформаторе такой переключатель устанавливается со стороны высшего напряжения (ВН) и предназначается, в первую очередь, для изменения коэффициента трансформации. При изменениях высшего напряжения в пределах +- 10% от номинального значения, анцапфа позволяет поддерживать напряжение на вторичной обмотке постоянным. Переключение положения ПБВ (анцапфы) необходимо производить только при отключенном трансформаторе (снимая напряжение на стороне ВН).

 

- Почему сердечник трансформатора изготавливают из нескольких изолированных пластин, а не из цельного куска стали?

Ответ: Сердечник трансформатора изготавливается с использованием изолированных пластин для уменьшения или практически полного исключения потерь, вызываемых протеканием вихревых токов. Таким образом, благодаря сердечнику из изолированных пластин, общая сумма потерь, будет в разы ниже, чем потери при использовании цельного сердечника. Стоит отметить, что сердечник может быть изготовлен цельным, однако, обязательным условием является высокое удельное сопротивление материала (это могут быть, например, ферритовые сплавы).

 

- Зачем пластины сердечника трансформатора стягиваются шпильками?

Ответ: Сделано это для того, чтобы обеспечить максимально плотное прилегание изолированных пластин друг к другу, а также, чтобы сделать пакет пластин сердечника прочным и достаточно устойчивым к механическим повреждениям.

 

- Что такое холостой ход трансформатора? Как трансформатор работает в этом режиме?

Ответ: Режим холостого хода трансформатора - это такой режим работы трансформатора, при котором одна из его обмоток запитана от источника переменного тока (напряжения) (линия электропередач), а цепи остальных обмоток разомкнуты. В реальности, такой режим работы встречается у трансформатора, в случае, когда он подключен к сети, а нагрузка, запитываемая от его вторичной обмотки, ещё не подключена.

За время ведения рубрики «Вопрос-ответ» нам не раз приходилось вникать в тонкости частных проблем, возникающих у пользователей. Часто, вопросы задают студенты, или просто люди сомневающиеся, как, например, в следующих вопросах:

- Что происходит на вторичных обмотках трансформатора в случае понижения напряжения на первичной обмотке трансформатора?

Ответ: Напряжение на вторичных обмотках трансформатора снижается строго пропорционально коэффициенту трансформации.

 

- Мы имеем в собственности шесть смежных земельных участков без электричества, однако, рядом проходит ЛЭП на 380В. Для целей электропитания будущих строений, мы собираемся приобрести понижающий трансформатор. Пожалуйста, подскажите какой выбрать?

Ответ: Для начала, необходимо определить планируемую суммарную мощность потребления. Здесь, следует учесть возможность увеличения количества потребителей (и соответственно увеличения потребления). Затем присылайте заявку нам, а мы, по Вашим данным, подберем подходящий вариант понижающего трансформатора.

 

Нам также задают вопросы, которые косвенно касаются выбора трансформатора. Можно назвать их «вопросы от любознательных». И хотя информацию по таким вопросам, часто, можно найти в открытом доступе, мы охотно идем навстречу:

- От чего зависит межповерочный интервал трансформаторов тока?

Ответ: Сроки межповерочных интервалов трансформаторов устанавливаются, непосредственно, заводом-изготовителем, исходя из характеристик данной конкретной модели трансформатора. Как правило, межповерочный интервал трансформатора составляет 4 года.

 

- Что означают обозначения обмоток защиты 5Р и 10Р на трансформаторе?

Ответ: Обозначения 5Р и 10Р применяются для отображения погрешности релейной защиты в 5% и 10% соответственно.

 

- Трансформатор тока и трансформатор оперативного тока – в чем разница?

Ответ: Главное отличие состоит в назначении этих трансформаторов. Трансформаторы тока предназначаются для преобразования тока до таких значений, которые были бы удобны для измерения, а, следовательно, используются для подключения различного измерительного оборудования. Трансформатор оперативного тока предназначается для питания различных цепей управления оборудованием (реле, приводы, и т.п.), автоматики, а также сигнализации и защиты.

 

- Чем отличаются трансформаторы с изолированной нейтралью и глухо заземленной нейтралью?

Ответ: В цепях трансформаторов с глухозаземленной нейтралью, вторичную обмотку соединяют по схеме «звезда с нулевым выводом», и поэтому такой трансформатор имеет 4 вывода. Один из выводов – нулевой. При этом, он соединен с контуром заземления. В цепях трансформаторов с изолированной нейтралью, используют схему соединения вторичной обмотки - «звезда», выводов при этом получается 3. Трансформаторы с глухозаземленной нейтралью, при обрыве одной из фаз – безопаснее, а с изолированной – не прекращают подачу электроэнергии.

3.14.5. Трансформатор без ферромагнитного сердечника

ГЛАВА 3. ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

3.14. Электрические цепи с взаимной индуктивностью

1 2

 

 

I1

I2

1

2

R1

R2

I1

I2

 

 

R1

R2

 

X L 1± X M XL2 ± XM

 

XM

 

 

XL1

XL2

 

 

 

 

 

I3

 

I3

 

± X M

 

 

 

 

3

 

3

 

Рис. 3.63

 

 

 

Рис. 3.64

 

 

 

При построении векторных диаграмм добавляются векторы напряжений, обусловленных взаимной индуктивностью. Они опережают на 90 векторы вызвавших их токов при согласном включении и отстают на90 – при встречном.

Такие трансформаторы называют воздушными или линейными. Они находят широкое применение в устройствах измерительной техники низких частот, автоматики и связи на высоких частотах.

Схема замещения воздушного трансформатора представлена нарис. 3.65.

 

 

R1

 

R

2

 

 

 

I

2

 

 

 

I1

 

 

 

 

 

U1

 

X L

X L

 

U

Z н

 

 

1

 

2

 

 

н

Рис. 3.65

Уравнения электрического состояния имеют следующий вид:

R1I1 + jX L1 I1 − jX M I2 =U1;

Z í I2 + R2 I2 + jX L2 I2 − jX M I1 = 0.

 Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие

-89-

ГЛАВА 3. ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

3.14. Электрические цепи с взаимной индуктивностью

Векторная диаграмма представлена на рис. 3.66. Ее вид зависит от характера нагрузки. Построение начинаем с вектора тока I2 . Нагрузку будем считать активно-индуктивной: Z н = Rн + jX н .

Вектор напряжения RнI2 совпадает по направлению с вектором тока

I2 , вектор напряжения

jX нI2 опережает его на 90 . Аналогично строим век-

торы напряжений R2 I2

и jX L I2 . Вектор напряжения − jX М I1 – направлен

из конца вектора jX L I2

2

в начало вектора RнI2 , так как Z нI2 + R2 I2 +

2

 

+ jX L2 I2 − jX М I1 = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jX

L

 

I

 

 

 

− jX

 

I

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

R2 I2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jX L

I1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

jX

 

 

I

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R I

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н

 

 

 

 

 

 

I2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

− jX M I2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.66

 

 

Вектор тока I1 опережает вектор напряжения − jX М I1 на 90 , поскольку умножение на –j означает поворот на −90 . Вектор напряженияR1I1

совпадает по направлению с вектором тока I1, вектор напряжения

jX L I1

 

 

 

 

 

 

1

опережает вектор тока I1

на

90 . Вектор напряжения − jX Ì I2 отстает от век-

тора тока I2 на 90 . Вектор входного напряжения равен геометрической

сумме напряжений R I , jX

L

I и − jX

М

I .

 

1 1

 

1

2

 

 

 

1

 

 

 

 

 Теоретические основы электротехники. Учеб. пособие

-90-

%d1%82%d1%80%d0%b0%d0%bd%d1%81%d1%84%d0%be%d1%80%d0%bc%d0%b0%d1%82%d0%be%d1%80%20%d1%81%20%d0%b6%d0%b5%d0%bb%d0%b5%d0%b7%d0%bd%d1%8b%d0%bc%20%d1%81%d0%b5%d1%80%d0%b4%d0%b5%d1%87%d0%bd%d0%b8%d0%ba — с русского на все языки

Все языкиАбхазскийАдыгейскийАфрикаансАйнский языкАканАлтайскийАрагонскийАрабскийАстурийскийАймараАзербайджанскийБашкирскийБагобоБелорусскийБолгарскийТибетскийБурятскийКаталанскийЧеченскийШорскийЧерокиШайенскогоКриЧешскийКрымскотатарскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧувашскийВаллийскийДатскийНемецкийДолганскийГреческийАнглийскийЭсперантоИспанскийЭстонскийБаскскийЭвенкийскийПерсидскийФинскийФарерскийФранцузскийИрландскийГэльскийГуараниКлингонскийЭльзасскийИвритХиндиХорватскийВерхнелужицкийГаитянскийВенгерскийАрмянскийИндонезийскийИнупиакИнгушскийИсландскийИтальянскийЯпонскийГрузинскийКарачаевскийЧеркесскийКазахскийКхмерскийКорейскийКумыкскийКурдскийКомиКиргизскийЛатинскийЛюксембургскийСефардскийЛингалаЛитовскийЛатышскийМаньчжурскийМикенскийМокшанскийМаориМарийскийМакедонскийКомиМонгольскийМалайскийМайяЭрзянскийНидерландскийНорвежскийНауатльОрокскийНогайскийОсетинскийОсманскийПенджабскийПалиПольскийПапьяментоДревнерусский языкПортугальскийКечуаКвеньяРумынский, МолдавскийАрумынскийРусскийСанскритСеверносаамскийЯкутскийСловацкийСловенскийАлбанскийСербскийШведскийСуахилиШумерскийСилезскийТофаларскийТаджикскийТайскийТуркменскийТагальскийТурецкийТатарскийТувинскийТвиУдмурдскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийУзбекскийВьетнамскийВепсскийВарайскийЮпийскийИдишЙорубаКитайский

 

Все языкиАнглийскийНемецкийНорвежскийКитайскийИвритФранцузскийУкраинскийИтальянскийПортугальскийВенгерскийТурецкийПольскийДатскийЛатинскийИспанскийСловенскийГреческийЛатышскийФинскийПерсидскийНидерландскийШведскийЯпонскийЭстонскийТаджикскийАрабскийКазахскийТатарскийЧеченскийКарачаевскийСловацкийБелорусскийЧешскийАрмянскийАзербайджанскийУзбекскийШорскийРусскийЭсперантоКрымскотатарскийСуахилиЛитовскийТайскийОсетинскийАдыгейскийЯкутскийАйнский языкЦерковнославянский (Старославянский)ИсландскийИндонезийскийАварскийМонгольскийИдишИнгушскийЭрзянскийКорейскийИжорскийМарийскийМокшанскийУдмурдскийВодскийВепсскийАлтайскийЧувашскийКумыкскийТуркменскийУйгурскийУрумскийЭвенкийскийБашкирскийБаскский

Выбор сердечников для моточных изделий импульсных источников питания - Компоненты и технологии

При разработке моточных изделий (трансформаторов, дросселей) импульсных источников
питания, а также фильтров цепей питания всегда возникает вопрос: какой выбрать
материал магнитопровода, какая конфигурация сердечника предпочтительна в данном
изделии с учетом технических и экономических факторов? Наша статья является попыткой
ответить на эти вопросы.

Импульсные источники питания могут быть
выполнен как с гальванической развязкой,
так и без нее. Первые, как правило, содержат
регулируемый или нерегулируемый инвертор или
конвертор, наиболее важным моточным узлом которых является трансформатор. Исполнение трансформатора зависит от вида и режима работы инвертора или конвертора. Рассмотрим некоторые виды
моточных изделий для различных видов таких преобразователей.

Нерегулируемые и регулируемые двухтактные инверторы (преобразователи постоянного напряжения
в переменное) и конверторы (преобразователи постоянного напряжения в постоянное) могут быть выполнены по схеме со средней точкой (рис. 1а), по полумостовой (рис. 1б) и мостовой (рис. 1в) схемам. В полумостовой схеме инвертора первичная обмотка
трансформатора подключается через конденсаторы,
поэтому постоянная составляющая тока (ток подмагничивания) полностью отсутствует. В двух других схемах, а также в полумостовом конверторе, в котором
трансформатор нагружен на выпрямитель, подмагничивание сердечника полностью отсутствует только в идеальном случае — при полной симметрии схемы, при равенстве падения напряжения на открытых
ключах и выпрямительных диодах и при одинаковом
времени включения, выключения, восстановления обратного сопротивления ключевых элементов и диодов обоих плеч. При невыполнении этих условий возможно появление некоторой постоянной составляющей, что приведет к несимметричному режиму работы сердечника трансформатора, и это обстоятельство
в ряде случаев необходимо учитывать.

Рис. 1

Поскольку сердечник трансформатора работает
в сильных полях при большом размахе магнитной
индукции, целесообразно выбирать так называемые
«силовые» марки марганцево-цинковых ферритов,
например, N87 или N97 производства фирмы Epcos
до частоты 500 кГц или N49 фирмы Epcos до 1 МГц
или их аналоги производства других фирм. При частоте преобразования до 30 кГц можно использовать
отечественный материал М2500НМС2, а также
аморфные магнитные сплавы. Применять порошковые магнитные материалы (мо-пермаллой и т. п.)
нецелесообразно, так как они имеют низкое значение магнитной проницаемости и многие из них дороже ферритов. При выборе материала сердечника
необходимо учитывать величину потерь в сердечнике, которая зависит от частоты и магнитной индукции и растет с увеличением обоих параметров.
Сравнительные зависимости величины удельных
потерь от частоты для некоторых магнитомягких
материалов при магнитной индукции 0,1 Тл приведены на рис. 2.

Рис. 2

Конфигурация сердечника для двухтактных
преобразователей может быть любая. Наиболее часто применяются кольцевые (тороидальные) сердечники (особенно для устройств малой и средней мощности). Трансформаторы
на них при прочих равных условиях обладают минимальной индуктивностью рассеяния,
что уменьшает выбросы напряжения на силовых ключах, излучение помех, снижает выходное сопротивление трансформатора. Кроме
того, кольцевые сердечники дешевы. Недостатками тороидальных катушек является более высокая трудоемкость намотки, необходимость изоляции сердечника (отечественные
сердечники выпускаются без покрытия, импортные — как без покрытия, так и с изоляционным покрытием, рассчитанным на опре-
деленное значение испытательного напряжения). Возможно также применение разъемных
сердечников броневой и стержневой конструкции. Широко применяются отечественные
сердечники типа КВ (импортные аналоги RM),
а также Ш-образные сердечники и их модификации (отечественные Ш, импортные EE,
EI, EFD, ER, ETD и т. п.). Сердечники КВ (RM)
вписываются в квадрат в плане, что удобно
для размещения их на плате. Они имеют круглую катушку как с одной секцией, так и с двумя и более, удобную и технологичную в намотке. Однако из-за большей индуктивности
рассеяния в некоторых случаях необходимо
применять технологические усложнения в намотке, а также увеличивать демпфирующие
цепи в схеме преобразователя, что в свою очередь несколько снижает КПД. Сердечники типа Б (импортные аналоги P) подобны КВ,
но круглые в плане, менее удобны при размещении на плате и применяются реже. Достаточно удобны сердечники EP, которые вписываются в прямоугольник (почти квадрат), имеют удобную в намотке катушку, которую
сердечник закрывает со всех сторон, кроме одной, обращенной к плате. Сердечники типа
EFD расположены горизонтально и имеют
уменьшенную высоту. Низкопрофильные сердечники с индексами LP применяются в тех

случаях, когда требуется особо маленькая высота изделия. При этом часто применяются
печатные обмотки в виде многослойных печатных плат. Для трансформаторов повышенной мощности и высоковольтных трансформаторов могут использоваться П-образные
сердечники. Повышенная индуктивность рассеяния при высоких выходных напряжениях
и маленьких токах не является большим недостатком, но зато такая конструкция с большим окном позволяет разместить высоковольтную обмотку, в которой много места занимает изоляция.

Рис. 3

Однотактные прямоходовые конверторы выполняются в основном по одной из трех схем:
с размагничивающей обмоткой (рис. 3а),
без размагничивающей обмотки с рекуперацией энергии в емкость, в том числе паразитную (рис. 3б), и на двух транзисторах и двух
диодах по так называемой однотактной полумостовой схеме (рис. 3в). В любом из этих случаев энергия от источника питания передается в нагрузку на прямом ходе, без накопления
энергии в трансформаторе, в котором накапливается лишь небольшая энергия за счет тока намагничивания первичной обмотки. Рекуперация (возврат) этой энергии, при которой
происходит размагничивание трансформатора, в каждой из схем происходит по-разному.

В первом случае для этого служит размагничивающая обмотка, и при разработке трансформатора необходимо обеспечить максимально возможную связь между нею и первичной обмоткой, учитывая при этом рабочее
напряжение. Во втором — рекуперация происходит в емкость, и на обмотке во время обратного хода возникает выброс значительной
величины, который необходимо учитывать
при выборе элементов схемы и при проектировании трансформатора. В третьем случае
рекуперация энергии происходит в источник
питания через открывающиеся рекуперационные диоды, причем через ту же самую первичную обмотку, что обеспечивает отсутствие
выброса на ней и наиболее надежное размагничивание трансформатора. В любом случае
имеется постоянная составляющая тока первичной обмотки, а сердечник трансформатора перемагничивается по частному циклу петли гистерезиса от максимальной индукции Bm
до остаточной индукции Br. При этом, чем
больше разность Bs–Br, где Bs —индукция насыщения материала, тем лучше. Для данного
применения также предпочтительно использовать марки ферритов, предназначенные для
работы в сильных полях. Конфигурация сердечника может быть любой. Могут быть использованы как кольцевые сердечники, так
и любые другие, упомянутые ранее.

Рис. 4

Однотактные обратноходовые конверторы
(рис. 4). Трансформатор работает с накоплением энергии на прямом ходе и передачей
энергии в нагрузку на обратном ходе. Режим
работы трансформатора аналогичен режиму
работы дросселя, т. е. имеется постоянная составляющая тока обмоток и подмагничивающее поле. Намагничивание происходит посредством первичной обмотки, а размагничивание — при передаче энергии в нагрузку
через вторичную обмотку. Возможны три режима работы трансформатора по аналогии
с дросселем: режим непрерывных токов,
при котором энергия, запасенная в магнитном
поле трансформатора, не уменьшается до нуля за время обратного хода; режим прерывистых токов, когда энергия передается в нагрузку полностью за часть длительности обратного хода, и граничный режим между первыми
двумя. Наиболее часто используется граничный режим и режим прерывистых токов. Иногда выбирается непрерывный режим, однако
он возможен только при определенной нагрузке, а при снижении тока нагрузки режим работы трансформатора неизбежно становится
прерывистым.

Поскольку такой трансформатор всегда работает с подмагничиванием, он может быть
выполнен либо на разъемном сердечнике
из феррита «силовых» марок с немагнитным
зазором, либо на кольцевом или разъемном
сердечнике из магнитодиэлектрика без зазора. Конфигурация ферритовых сердечников
может быть любой, но зазор должен быть обязательно. Различия в зависимости от конфигурации будут состоять в разной индуктивности рассеяния, разных габаритах, технологичности и стоимости.

Трансформаторы на ферритовых сердечниках с зазором имеют более стабильную индуктивность при изменении тока, но затем при
достижении насыщения сердечника их индуктивность резко падает. У трансформаторов
с сердечниками из магнитодиэлектриков при
изменении тока индуктивность изменяется
плавно, но в большей степени, и резкого насыщения не наблюдается. Последняя характеристика предпочтительнее, хотя для обратноходовых конверторов подходит и та и другая.
Преимущество ферритов в более высокой магнитной проницаемости в данном применении
теряется, так как величина эквивалентной проницаемости невелика и определяется в основном величиной немагнитного зазора.

Поскольку трансформатор работает в сильных полях, важное значение имеет величина
потерь в сердечнике. Среди магнитодиэлектриков наилучшими техническими параметрами обладает мо-пермаллой, но этот материал относительно дорогой. Если требуется
снизить цену, то используется Sendust или
Cool Mµ, но при этом могут возрасти габариты изделия, так как для снижения потерь
до той же величины, что и у мо-пермаллоя,
придется снизить магнитную индукцию
в сердечнике. В крайнем случае можно использовать сердечники из распыленного же-
леза, но при этом габариты трансформатора
могут еще больше возрасти, зато цена будет
меньше. Трансформаторы на кольцевых сердечниках из магнитодиэлектриков обладают
минимальной индуктивностью рассеяния
по сравнению с разъемными сердечниками
и обеспечивают минимальную величину паразитных выбросов напряжения.

Дроссели прямоходовых двухтактных и однотактных конверторов с гальванической развязкой (L1 на рис. 1 и 3) работают примерно
в одинаковых режимах. В двухтактных схемах
режим более легкий, так как дроссель работает на удвоенной частоте преобразования
и с меньшей длительностью паузы (как правило). Дроссель работает с накоплением энергии, как и трансформатор обратноходового
преобразователя, но имеет, в общем случае, одну обмотку, посредством которой осуществляется и накопление энергии, и передача ее
в нагрузку. В сходном режиме работают дроссели конверторов без гальванической развязки и дроссели корректоров коэффициента
мощности. Сердечник дросселя работает
в сильных полях при большой постоянной составляющей тока. Поэтому, как и в предыдущем случае, подходят любые разъемные сердечники из ферритов с зазором либо сердечники из магнитодиэлектриков без зазора с учетом
всех соображений, высказанных ранее.

Дроссели фильтров питания, которые используются обычно во втором и последующих звеньях фильтрации (второе звено выходного фильтра источника питания, развязывающие фильтры питания на платах
функциональной аппаратуры и т. п.) — L2
на рис. 1, 3 и 4— работают при большом уровне тока подмагничивания, но при маленьком
уровне переменной составляющей. При этом
рабочий размах магнитной индукции в сердечнике невелик и потери в дросселе определяются больше потерями в меди, чем потерями в сердечнике. Для этого случая могут использоваться ферритовые незамкнутые
сердечники (стержни, гантели), ферритовые
сердечники с зазорами, а также ферритовые
кольца, бусины, трубочки (в основном для одновитковых дросселей). В последнем случае,
несмотря на то, что сердечник работает с подмагничиванием, оставшейся магнитной проницаемости вполне достаточно для снижения
уровня пульсаций, шумов и помех в несколько раз, а стабильность индуктивности при изменении тока не имеет принципиального значения. С успехом могут применяться также
дроссели на сердечниках из магнитодиэлектриков, причем наиболее подходящим материалом в данном случае будет распыленное железо, так как при маленькой переменной составляющей нет никакого смысла применять
дорогие материалы, например мо-пермаллой.
Повышенная величина потерь в сердечнике
будет даже играть положительную роль и способствовать переводу энергии шумов и помех
в тепло. Все сказанное выше относится также
и к дросселям входных фильтров DC/DC-конверторов и DC/AC-инверторов (рис. 5а), так
как они имеют сходный режим работы.

Рис. 4

Дроссели сетевых фильтров AC/DC-источников питания применяются в трех вариантах:

Тококомпенсированные дроссели, предназначенные для подавления синфазных составляющих помех (L1 на рис. 5б, в), содержат две одинаковые обмотки, связанные между собою
через магнитное поле сердечника. Подмагничивания сердечника током частоты 50 Гц в них
не происходит, так как токи в обеих обмотках
создают поля, направленные навстречу и компенсирующие друг друга. Для такого дросселя
могут быть применены ферритовые сердечники без зазора, причем предпочтительны высокопроницаемые марки ферритов, так как сердечник работает в слабых полях, создаваемых
токами помех, и для получения максимально
возможной резонансной частоты дросселя желательно получить заданную индуктивность
с минимальным числом витков. Применение
магнитодиэлектриков нецелесообразно ввиду
низкой магнитной проницаемости и отсутствия подмагничивания, а также невысокой стоимости ферритов. Конструктивно дроссель часто выполняется на двухсекционном каркасе
с П-образным или Ш-образным сердечником
или на кольцевом сердечнике с намоткой обмоток на разных сторонах кольца.

Одно- и двухобмоточные дроссели (L2
на рис. 5б и L2 и L3 рис. 5в), в которых обмотки для токов низкой частоты (50 Гц) включаются согласно, предназначены для подавления
дифференциальных (противофазных) составляющих помех в проводах питающей сети.
Здесь, при небольшом уровне напряжения помех, имеет место подмагничивание большим
током потребления источника питания, действующим с частотой 50 Гц, что в данной ситуации эквивалентно подмагничиванию постоянным током. Поэтому для таких дросселей необходимо применять ферритовые
сердечники с зазором или сердечники из магнитодиэлектриков. Проницаемость ферритовых сердечников не имеет принципиального
значения, так как коэффициент индуктивности конкретного сердечника определяется в основном его геометрией и величиной немаг-
нитного зазора. Сердечники по переменной
составляющей высокой частоты работают
в слабых полях, и потери в материале сердечника не имеют большого значения и даже играют
положительную роль. Из магнитодиэлектриков целесообразно использовать кольцевые
сердечники или Ш-образные без зазора из распыленного железа (Iron Powder), как наиболее
дешевые и хорошо удовлетворяющие предъявляемым требованиям.

Таким образом, для каждого моточного из-
делия, работающего в составе импульсного ис-
точника питания, можно подобрать наиболее
подходящую конфигурацию и материал сер-
дечника.

Объем рынка технологий безсердечных трансформаторов, доля, рост, прогноз на 2025 год

Бессердечные трансформаторы были представлены в 2003 году компанией Infineon Technologies. В этой трансформаторной технологии обычно используются медные спирали, изоляция из оксида кремния и две микросхемы, один приемник и один передатчик среди других компонентов. Основное отличие трансформатора без сердечника от традиционного трансформатора - это отсутствие магнитного сердечника. Раньше наиболее популярными были преобразователи мощности на основе магнитных сердечников.Однако такие преимущества, как более низкая стоимость производства и более высокая удельная мощность, привели к более широкому внедрению технологии трансформаторов без сердечника. Трансформаторы без сердечника основаны на технологии интегрированных пассивных устройств, используются для разработки интегрированных пассивных компонентов и производятся с использованием технологий производства полупроводников. Это позволяет уменьшить размеры трансформаторов, а также снизить стоимость изготовления. Технология трансформатора без сердечника обеспечивает активное отключение, когда источник питания и драйверы не подключены, а также имеет функцию блокировки при пониженном напряжении (UVLO), включенную, среди прочего, для биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) и металлооксидных полупроводниковых полевых транзисторов (MOSFET).Трансформаторы без сердечника также обеспечивают гальваническую развязку - процесс, посредством которого функциональные части электрических систем изолируются для предотвращения протекания тока. Трансформаторы, основанные на традиционной технологии сдвига уровня, не обеспечивают гальванической развязки и, таким образом, часто приводят к сбоям в работе интегральных схем и чрезмерному рассеянию мощности.

Рынок технологии трансформаторов без сердечника в первую очередь определяется рядом преимуществ, предлагаемых этими трансформаторами по сравнению с традиционными трансформаторами.Преимущества, предлагаемые трансформаторами без сердечника, включают в себя более высокую плотность мощности, отсутствие магнитного сердечника приводит к упущению ограничений, предлагаемых такими сердечниками, отсутствие магнитных потерь, возможность разработки в микросхемах и более низкую стоимость производства, среди прочего. Такие преимущества способствовали применению технологии трансформаторов без сердечника в изолирующих усилителях, микросхемах и приводах затворов с тотемным полюсом, среди прочего. Кроме того, современная электроника требует большей мощности, которую могут эффективно обеспечивать эти трансформаторы.Кроме того, современная электроника требует компактных преобразователей мощности для использования меньшего пространства. Трансформаторы без сердечника спроектированы на основе планарного магнетизма и поэтому занимают гораздо меньше места, чем традиционные силовые преобразователи. Однако наличие паразитной емкости между первичной и вторичной обмотками без сердечника трансформатора приводит к неправильному рассеиванию мощности. Эта ошибка значительно снижается за счет изменения количества обмоток или использования изоляционного материала между обмотками.Следовательно, этот фактор не рассматривается как существенное ограничение для этого рынка. Ожидается, что растущий спрос на различные электронные устройства во всем мире откроет уникальные возможности для роста рынка технологий без сердечниковых трансформаторов.

На основе структурных типов трансформаторов без сердечника рынок разделен на три типа, а именно планарный трансформатор без сердечника, многослойный трансформатор без сердечника и другие. Сегмент модульных без сердечниковых трансформаторов был крупнейшим сегментом в 2015 году из-за их различных типов и широкого применения в различных электронных продуктах.По приложениям рынок был сегментирован на микросхемы, приводы с тумблером, развязывающие усилители, программируемые логические контроллеры (PLC), распределенные системы управления (DCS) и другие. Мировой рынок трансформаторов без сердечника снова был разделен на пять регионов, а именно Северную Америку, Европу, Азиатско-Тихоокеанский регион, Южную Америку и Ближний Восток и Африку (MEA). С точки зрения доходов Азиатско-Тихоокеанский регион был крупнейшим регионом в 2016 году и, как ожидается, сохранит лидирующие позиции в течение прогнозируемого периода.Большую долю рынка Азиатско-Тихоокеанского региона можно отнести к более высокому производству полупроводников в этом регионе и быстрому росту использования электроники. Северная Америка была вторым по величине региональным сегментом в 2016 году, за ней следовала Европа.

Крупнейшими компаниями на мировом рынке трансформаторов без сердечника являются Infineon Technologies, AG (Германия), Texas Instruments, Inc. (США), ROHM Semiconductor (Япония), STMicroelectronics NV (Швейцария), Dabo Corporation (Южная Корея) и Diversified. Technologies, Inc.(США) среди различных других компаний.

Отчет предлагает всестороннюю оценку рынка. Это достигается за счет глубокого качественного анализа, исторических данных и проверяемых прогнозов размера рынка. Прогнозы, представленные в отчете, основаны на проверенных исследовательских методологиях и предположениях. Таким образом, отчет об исследовании служит хранилищем анализа и информации по каждому аспекту рынка, включая, но не ограничиваясь: региональные рынки, технологии, типы и приложения.

Исследование является источником достоверных данных по:

  • Сегменты и подсегменты рынка
  • Тенденции и динамика рынка
  • Спрос и предложение
  • Размер рынка
  • Современные тенденции / возможности / проблемы
  • Конкурентный ландшафт
  • Технологические открытия
  • Анализ цепочки создания стоимости и заинтересованных сторон

Региональный анализ охватывает:

  • Северная Америка (U.С. и Канада)
  • Латинская Америка (Мексика, Бразилия, Перу, Чили и др.)
  • Западная Европа (Германия, Великобритания, Франция, Испания, Италия, страны Северной Европы, Бельгия, Нидерланды и Люксембург)
  • Восточная Европа (Польша и Россия)
  • Азиатско-Тихоокеанский регион (Китай, Индия, Япония, АСЕАН, Австралия и Новая Зеландия)
  • Ближний Восток и Африка (GCC, Южная Африка и Северная Африка)

Отчет был составлен на основе обширных первичных исследований (посредством интервью, опросов и наблюдений опытных аналитиков) и вторичных исследований (которые предполагают использование авторитетных платных источников, отраслевых журналов и баз данных отраслевых организаций).Отчет также содержит полную качественную и количественную оценку путем анализа данных, собранных отраслевыми аналитиками и участниками рынка по ключевым точкам производственно-сбытовой цепочки отрасли.

Отдельный анализ преобладающих тенденций на материнском рынке, макро- и микроэкономических показателей, нормативных требований и предписаний включен в сферу исследования. Таким образом, отчет прогнозирует привлекательность каждого основного сегмента на прогнозный период.

Основные моменты отчета:

  • Полный анализ фона, который включает оценку материнского рынка
  • Важные изменения в динамике рынка
  • Сегментация рынка до второго или третьего уровня
  • Исторический, текущий и прогнозируемый размер рынка с точки зрения стоимости и объема
  • Отчетность и оценка последних событий в отрасли
  • Доли рынка и стратегии ключевых игроков
  • Новые нишевые сегменты и региональные рынки
  • Объективная оценка траектории рынка
  • Рекомендации компаниям по укреплению позиций на рынке

Примечание: Несмотря на то, что были приняты меры для поддержания наивысшего уровня точности отчетов TMR, недавним изменениям, связанным с рынком / поставщиком, может потребоваться время, чтобы отразить их в анализе.

Это исследование TMR представляет собой всеобъемлющую структуру динамики рынка. Он в основном включает критическую оценку пути потребителей или клиентов, текущих и новых направлений, а также стратегическую основу, позволяющую директорам по управлению бизнесом принимать эффективные решения.

Нашей ключевой основой является 4-квадрантная структура EIRS, которая предлагает подробную визуализацию четырех элементов:

  • Клиент E Карты опыта
  • I Наблюдения и инструменты, основанные на исследованиях на основе данных
  • Практичность R Соответствует всем приоритетам бизнеса
  • S Трагические рамки для ускорения пути роста

В исследовании делается попытка оценить текущие и будущие перспективы роста, неиспользованные возможности, факторы, формирующие их потенциал дохода, а также структуру спроса и потребления на мировом рынке, разбив его на региональную оценку.

Комплексно охвачены следующие региональные сегменты:

  • Северная Америка
  • Азиатско-Тихоокеанский регион
  • Европа
  • Латинская Америка
  • Ближний Восток и Африка

Структура квадранта EIRS в отчете суммирует наш широкий спектр основанных на данных исследований и рекомендаций для CXO, чтобы помочь им принимать более обоснованные решения для своего бизнеса и оставаться лидерами.

Ниже приведен снимок этих квадрантов.

1. Карта впечатлений клиентов

Исследование предлагает всестороннюю оценку различных путешествий клиентов, имеющих отношение к рынку и его сегментам. Он предлагает различные впечатления клиентов об использовании продуктов и услуг. Анализ позволяет более внимательно изучить их болевые точки и опасения в различных точках контакта с клиентами. Решения для консультаций и бизнес-аналитики помогут заинтересованным сторонам, включая CXO, определить карты клиентского опыта, соответствующие их потребностям.Это поможет им нацелиться на повышение взаимодействия клиентов с их брендами.

2. Анализ и инструменты

Различные идеи в исследовании основаны на тщательно продуманных циклах первичных и вторичных исследований, с которыми аналитики участвуют в ходе исследования. Аналитики и эксперты-консультанты TMR применяют общеотраслевые инструменты количественного анализа клиентов и методологии прогнозирования рынка для получения результатов, что делает их надежными.В исследовании предлагаются не только оценки и прогнозы, но и лаконичная оценка этих цифр в динамике рынка. Эти идеи объединяют основанные на данных исследовательские рамки с качественными консультациями для владельцев бизнеса, CXO, политиков и инвесторов. Эти идеи также помогут их клиентам преодолеть свои страхи.

3. Практические результаты

Результаты, представленные в этом исследовании TMR, являются незаменимым руководством для выполнения всех бизнес-приоритетов, в том числе критически важных.Результаты при внедрении показали ощутимые преимущества для заинтересованных сторон и предприятий отрасли в повышении их производительности. Результаты адаптируются к индивидуальной стратегической структуре. Исследование также иллюстрирует некоторые из недавних тематических исследований по решению различных проблем компаниями, с которыми они столкнулись на пути к консолидации.

4. Стратегические рамки

Исследование дает предприятиям и всем, кто интересуется рынком, возможность сформировать широкие стратегические рамки.Это стало более важным, чем когда-либо, учитывая нынешнюю неопределенность из-за COVID-19. В исследовании обсуждаются консультации по преодолению различных подобных прошлых сбоев и предвидятся новые, чтобы повысить готовность. Эти рамки помогают предприятиям планировать свои стратегические согласования для восстановления после таких разрушительных тенденций. Кроме того, аналитики TMR помогут вам разобраться в сложном сценарии и обеспечить отказоустойчивость в неопределенные времена.

Отчет проливает свет на различные аспекты и дает ответы на актуальные вопросы рынка.Вот некоторые из наиболее важных:

1. Какие варианты инвестиций могут быть наилучшими при освоении новых продуктов и услуг?

2. К каким ценностным предложениям следует стремиться предприятиям при финансировании новых исследований и разработок?

3. Какие нормативные акты будут наиболее полезны для заинтересованных сторон в расширении их сети цепочки поставок?

4. В каких регионах в ближайшем будущем может наблюдаться рост спроса в определенных сегментах?

5.Какие из лучших стратегий оптимизации затрат с поставщиками, с которыми некоторые хорошо зарекомендовавшие себя игроки добились успеха?

6. Какие ключевые перспективы использует топ-менеджер, чтобы вывести бизнес на новую траекторию роста?

7. Какие правительственные постановления могут поставить под сомнение статус ключевых региональных рынков?

8. Как новые политические и экономические сценарии повлияют на возможности в ключевых областях роста?

9.Каковы некоторые из возможностей получения прибыли в различных сегментах?

10. Что будет препятствием для входа на рынок новых игроков?

Интегрированный трансформатор без сердечника

| designnews.com

Несмотря на то, что производители полупроводников обычно интегрируют несколько сотен тысяч транзисторов в ИС, добавить одну катушку индуктивности было почти невозможно.Технология, разработанная Infineon Technologies, объединяет две обмотки в трансформатор без сердечника (CLT). Дополнительная легко интегрируемая схема позволяет этой технике обеспечивать высокий уровень изоляции в высоковольтных цепях.

Типичные методы изоляции для высоковольтных переключателей с полумостовой топологией (переключатель высокого и низкого напряжения) включают высоковольтные ИС с переключателями уровня, оптопарами или изолирующими трансформаторами. Если требуется гальваническая развязка, наиболее распространенный метод использует оптопары для достижения низкой стоимости.Однако оптопары имеют медленные характеристики передачи, которые со временем ухудшаются. Более дорогая альтернатива - импульсный трансформатор. Интеграция обмоток планарного трансформатора в интегральную схему снижает стоимость и сохраняет высокую изоляционную способность.

Достаточно толстый слой оксида кремния разделяет плоские первичную и вторичную обмотки CLT. Из-за размера и расстояния между катушками сердечник трансформатора не требуется для концентрации потока. Однако трансформатор может передавать только узкие импульсы, поэтому в конструкции используется передатчик на первичной стороне с приемником на вторичной стороне.Передатчик находится на отдельной микросхеме, чем CLT и приемник, с проводами, соединяющими эти два устройства.

Чтобы воспользоваться этой возможностью развязки, схема CLT была интегрирована в ИС драйвера полумоста. Являясь частью семейства Infineon EiceDRIVER, двухканальный драйвер IGBT 2ED020I12-F обрабатывает dv / dt до 50 кВ на каждый isec и управляет силовыми каскадами IGBT и MOSFET с напряжением пробоя до 1200 В. Специально закодированные сигналы, передаваемые между передатчиком и приемником, подавляют электромагнитные помехи, которые могут быть вызваны изменениями заземления на стороне высокого напряжения или плотности магнитного потока.Задержка распространения, введенная в драйвер нижнего уровня, обеспечивает максимальную разницу времени задержки распространения в 10 нсек между передатчиком, трансформатором без сердечника и приемником.

Целевые приложения для микросхемы драйвера полумоста включают автономные приводы переменного тока, источники бесперебойного питания (ИБП), сварку и различные приложения, использующие транзисторы на 600 и 1200 В.

КОНТАКТ: Марио Кампелло, Infineon Technologies, тел .: 908-236-5603; электронная почта: Марио[email protected]

Получите дополнительную информацию о двухканальной ИС драйвера IGBT 2ED020I12-F от Infineon Technologies.

(PDF) Встроенный трансформатор без сердечника для развязки сигналов драйвера затвора

C1

C2

C3 L1 L2

R1 R2

pa

pb

sa

sb

C4

ёмкость (a0003)

идентификация

k

C1

C2

C3 L1 L2

R1 R2

pa

pb

sa

sb

C4

идентификация

(b) Обмотка7. Характеристика электрической модели трансформатора без сердечника

с помощью коротких замыканий, некоторые части схемы исчезают, потому что напряжение обнуляется

в серых областях. Измерение импеданса происходит между шортами.

Благодаря симметричной конструкции первичная обмотка идентична вторичной обмотке

, идентификация может быть упрощена.

идентично L1 и R1, поскольку геометрия

идентична) и коэффициент связи k.

• для емкости между первичной и вторичной обмотками, C1 и

C2, измерение емкости выполняется с использованием схемы

(a) из рисунка 7.

• для емкостной части обмоток, C3 и

C4, Резонансная частота измеряется с использованием схемы

(b) из рисунка 7.

V. EX PE RI ME NTAL VERIFICATION

Для подтверждения идеи создания цифрового сигнала

изолятор

с использованием трансформатора без сердечника и двух приемопередатчиков

интегральных схем, была построена экспериментальная плата

, дополняющая прикладную схему рисунка 5.На осциллограмме

рисунка 8 показаны входной сигнал, верхняя кривая (ДАННЫЕ I), модулированный сигнал

и выходной сигнал, нижняя кривая (ДАННЫЕ

0). Производительность указана в таблице VI.

ТАБЛИЦА VI. ИЗМЕРЕНИЕ РАБОТЫ СИГНАЛЬНОГО ИЗОЛЯТОРА.

Значение параметра

Задержка нарастающего фронта 170 [нс]

Задержка спадающего фронта 87 [нс]

Частота модуляции 24 [МГц]

VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обеспечивается высокотемпературная система изоляции с использованием имеющихся в продаже приемопередатчиков

и трансформаторов с сердечником, изготовленных по индивидуальному заказу, без сердечника

и

с использованием промышленного процесса.Бессердечный трансформатор

был разработан для соответствия трансиверу с минимальной площадью основания

(3 мм x 3 мм), что является улучшением

по сравнению с эталонным конструктивным решением трансформатора с сердечником. The

Рис. 8. Экспериментальная проверка работы чипсета приемопередатчика

, реализованного на без сердечниковых трансформаторах. Предоставлено X-Relsemi.

задержка передачи менее 170 нс, цифра

совместима с высокотемпературными рабочими преобразователями, работающими с частотой переключения

около 50 кГц.Тем не менее, эту задержку

можно учесть в цифровой системе управления. Предлагаемое решение

уменьшает площадь основания трансформатора и высоту

в 5 раз по сравнению с трансформатором, использующим тороидальную магнитную цепь

. Чтобы еще больше уменьшить размер трансформатора

, необходимо увеличить частоту модуляции

до 100 МГц или использовать очень короткие импульсы, чтобы указать уменьшенное значение индуктивности намагничивания

, таких характеристик

достичь трудно. при температуре более 200 ° С.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Авторы хотели бы поблагодарить Стефана Мартинеса из

Atelier de mécanique, Université Claude Bernard, Lyon, за изготовление

специального оборудования для высокотемпературных испытаний, а также Pascal

из Abilacoui и Abilacoui. , Лион, за их поддержку

производят экспериментальные печатные платы, необходимые для электрических испытаний в

, Ampere-Lab. Исследование, представленное в этой статье, поддержано европейским проектом CATRENE CA402

THOR с ST-Microelectronics

и X-Relsemi в качестве партнеров-промышленников.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] М. Мюнцер, В. Адеммер, Б. Стшалковски и К. Кашани, «Изолированная передача сигнала

в микросхеме драйвера полумоста на основе технологии без сердечника трансформатора

», Силовая электроника и привод Системы, 2003. PEDS 2003.

Пятая международная конференция, т. 1. С. 93–96, ноя. 2012.

[2] К. Фалахи, Б. Аллард, Д. Турнье и Д. Бергонь, «Оценка рабочих характеристик служебных драйверов com-

при работе в экстремальных условиях»,

в Интегрированных системах силовой электроники ( CIPS), 2010 г., 6-я Международная конференция

, 2010 г., стр.1–3.

[3] Д. Бергонь и все, «Интегрированный без сердечника трансформатор для проектирования и оценки высокотемпературных

турбин», ECCE-Power Electronics and Applications

(EPE 2013), Труды Европейской конференции 2013-15 гг. С.

1–6, сен. 2013.

[4] С. С. Мохан, М. дель Мар Хершенсон, С. П. Бойд и Т. Х. Ли, «Простые

точных выражений для плоских спиральных индуктивностей», журнал IEEE по твердотельным цепям

, вып. 34, стр.1419–1424, окт. 1999.

[5] Г. Фонтана, «Бессердечные трансформаторы с высоким коэффициентом связи», Review

of Scienti ‑ Instruments, vol. 66, нет. 3, pp. 2641–2643, 1995.

[6] С. Тимот, Р. Николя, К. Жан-Кристоф и А. Жан-Даниэль, «Проект

и характеристики интегрированного без сердечника трансформатора с изоляцией сигналов

в микросхеме драйвера затвора CMOS », в Power Semiconductor Devices and ICs

(ISPSD), 23-й Международный симпозиум IEEE 2011 г., 2011 г., стр.360–

363.

Система и метод для трансформатора без сердечника

Это изобретение в целом относится к полупроводниковым схемам и способам, а более конкретно к системе и способу для трансформатора без сердечника.

Во многих электронных системах гальваническая развязка используется для изоляции различных частей системы друг от друга. Например, изоляция может использоваться в оборудовании, которое подключено к линии передачи данных, например в проводных локальных сетях, для предотвращения синфазных токов из-за разницы потенциалов между удаленно расположенными приемопередатчиками.Гальваническая развязка также может использоваться в медицинских устройствах, которые используются для лечения или наблюдения за пациентами, чтобы безопасно отделить слаботочные цепи от высоковольтного источника питания для предотвращения поражения электрическим током. Кроме того, в импульсных источниках питания часто используется гальваническая развязка для отделения схемы управления от выхода большой мощности. Более того, соединения одной электронной системы или подсистемы с другой электронной системой или подсистемой часто используют гальваническую развязку для разделения системы из соображений безопасности.

Обычно дискретные трансформаторы и оптопары используются для передачи сигналов от одной электрической цепи к другой электрической цепи без прямого электрического контакта между двумя электрическими цепями. Однако дискретные трансформаторы и оптопары могут быть относительно большими, тяжелыми и дорогими. В случае оптронов могут возникнуть проблемы, связанные со старением оптических компонентов.

Другой способ передачи сигналов от одной электрической цепи к другой электрической цепи без прямого электрического контакта - использование трансформатора без сердечника.В то время как дискретный трансформатор содержит сердечник для направления магнитного потока, катушки без сердечника трансформатора могут быть размещены в непосредственной близости друг от друга для достижения адекватной магнитной связи. Во многих случаях катушки трансформатора могут быть разделены тонким диэлектриком. Однако, когда катушки размещаются в непосредственной близости друг от друга, может возникнуть риск разрушения диэлектрического материала в присутствии высоких напряжений, например, возникающих во время электростатических разрядов.Также может возникнуть риск безопасности, связанный с размещением катушек в непосредственной близости друг от друга.

В соответствии с вариантом осуществления трансформатор включает в себя первую катушку, расположенную в первом проводящем слое на первой стороне первого диэлектрического слоя, и вторую катушку, расположенную во втором проводящем слое на второй стороне первого диэлектрического слоя. Каждая катушка имеет первый конец, расположенный внутри соответствующей катушки, и второй конец, расположенный на внешнем периметре соответствующей катушки.Первый кроссовер, расположенный во втором проводящем слое, напрямую соединен с первым концом первой катушки и проходит за внешний периметр первой катушки. Кроме того, второй кроссовер, расположенный в первом проводящем слое, напрямую соединен с первым концом второй катушки и проходит за внешний периметр второй катушки.

Подробности одного или нескольких вариантов осуществления изобретения изложены на прилагаемых чертежах и в описании ниже. Другие особенности, цели и преимущества изобретения будут очевидны из описания и чертежей, а также из формулы изобретения.

Для более полного понимания настоящего изобретения и его преимуществ сделана ссылка на следующие описания вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг. 1 изображает трансформатор в соответствии с предшествующим уровнем техники;

РИС. 2 показан вариант трансформатора;

РИС. 3 - вид в поперечном разрезе трансформатора по варианту осуществления;

РИС. 4 - трансформатор в соответствии с дополнительным вариантом осуществления;

РИС.5 a - d иллюстрируют варианты осуществления пакетов уровня пластины;

РИС. 6, a, - , b, - вариант изолированных приемопередатчиков; и

ФИГ. 7 иллюстрирует блок-схему способа формирования трансформатора варианта осуществления.

Соответствующие цифры и символы на разных рисунках обычно относятся к соответствующим частям, если не указано иное. Фигуры нарисованы для ясной иллюстрации соответствующих аспектов предпочтительных вариантов осуществления и не обязательно выполнены в масштабе.Чтобы более четко проиллюстрировать определенные варианты осуществления, за номером фигуры может следовать буква, обозначающая варианты одной и той же структуры, материала или этапа процесса.

Изготовление и использование предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления подробно обсуждается ниже. Однако следует принимать во внимание, что настоящее изобретение обеспечивает множество применимых изобретательских концепций, которые могут быть воплощены в широком разнообразии конкретных контекстов. Обсуждаемые конкретные варианты осуществления являются просто иллюстрацией конкретных способов создания и использования изобретения и не ограничивают объем изобретения.

Настоящее изобретение будет описано в отношении вариантов осуществления в конкретном контексте, а именно в трансформаторе без сердечника. Варианты осуществления настоящего изобретения не ограничиваются трансформаторами без сердечника и могут также применяться к другим типам схем, в которых используются индуктивные элементы.

Трансформаторы без сердечника могут использоваться в приложениях, в которых необходима гальваническая развязка для изоляции одной стороны трансформатора от другой. Один из способов создания трансформатора без сердечника - разместить плоские катушки в непосредственной близости друг от друга.Это может быть выполнено, например, на интегральной схеме или на подложке, в которой изолирующие диэлектрические слои перемежаются между множеством проводящих слоев. Однако во многих приложениях требуется высоковольтная изоляция, и в этом случае трансформатор сконструирован таким образом, что диэлектрическая изоляция между первичной и вторичной обмотками трансформатора не нарушается в условиях высокого напряжения. В некоторых случаях система, в которой размещен трансформатор, может быть не сконфигурирована для непрерывной работы в условиях высокого напряжения; тем не менее, трансформатор без сердечника может быть рассчитан на то, чтобы выдерживать высокие напряжения, например, до 4.5 кВ, например, в случае электростатический разряд.

Один из способов конфигурирования трансформаторов без сердечника для выдерживания высоких напряжений - использование множества металлических слоев и диэлектрических слоев, которые могут выдерживать условия высокого напряжения. Однако использование нескольких металлических слоев может быть дорогостоящим в массовых и недорогих приложениях.

РИС. 1 показан обычный без сердечника трансформатор , 100, , который имеет первую обмотку , 104, на первом металлическом слое, расположенную над второй обмоткой , 102, , на втором металлическом слое.Линия 106 на третьем металлическом слое соединяет вывод внутренней обмотки 108 второй обмотки 102 с внешним периметром второй обмотки 102 рядом с выводом внешней обмотки 114 . Точно так же линия , 110, на третьем металлическом слое соединяет вывод внутренней обмотки 112 первой обмотки 104 с внешним периметром первой обмотки 104 рядом с выводом внешней обмотки 116 .Следует принимать во внимание, что без сердечника трансформатора 100 требуется по крайней мере три металлических слоя и по крайней мере два диэлектрических слоя: два металлических слоя для первой и второй обмоток 102 и 104 и по крайней мере один металлический слой для соединения металлических сегментов 106 и 110 .

В одном варианте осуществления трансформатор без сердечника реализован с использованием только двух металлических слоев и, по меньшей мере, одного диэлектрического слоя между каждым из двух металлических слоев. Посредством геометрического разнесения переходных секций таким образом, чтобы сохранялось минимальное расстояние между двумя структурами на одном металлическом слое, которые могут испытывать высокую разность потенциалов, изоляция высокого напряжения может поддерживаться без пробоя диэлектрика или повреждения устройства.

РИС. 2 показан трансформатор без сердечника 200 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Бессердечный трансформатор 200 имеет первую обмотку 204 на первом металлическом слое, расположенном над второй обмоткой 202 на втором металлическом слое. Внутренний вывод 206 второй обмотки 202 выведен на внешний периметр второй обмотки 202 через металлический сегмент 207 на первом слое металла. Точно так же внутренний вывод 212 первой обмотки 204 подводится к внешнему периметру первой обмотки 204 через металлический сегмент 209 на втором слое металла.В варианте осуществления внутренний вывод 206 второй обмотки 202 расположен за пределами внешнего периметра первой обмотки 204 ; внутренний вывод 212 первой обмотки 204 расположен за пределами внешнего периметра второй обмотки 202 . Следовательно, в варианте осуществления для реализации без сердечника трансформатора 200 можно использовать только два металлических слоя, и дополнительный металлический слой не требуется.

В варианте осуществления, показанном на фиг.2, часть 220 первой обмотки 204 имеет такую ​​форму, что внутренний вывод 206 второй обмотки 202 расположен за пределами периметра первой обмотки 204 ; и часть 222 второй обмотки 202 имеет такую ​​форму, что внутренний вывод 212 первой обмотки 204 расположен за пределами периметра второй обмотки 202 . Следует понимать, что в альтернативных вариантах осуществления настоящего изобретения можно использовать другие геометрические формы для размещения внутренних выводов обмотки одной обмотки за пределами периметра другой обмотки.

В одном варианте осуществления боковой пробой диэлектрика предотвращается путем обеспечения минимального расстояния между частями обмоток от соединительных сегментов на одном и том же металлическом слое. Например, соединительный сегмент 207 на первом металлическом слое выдерживается на расстоянии 208 от первой обмотки 204 ; и соединительный сегмент , 209, на втором металлическом слое выдерживается на расстоянии не менее 210 от обмотки 202 . В варианте осуществления расстояния 208 и 210 определяются свойствами материалов, таких как диэлектрик, который расположен между сегментами.

РИС. 3 показано поперечное сечение , 300, трансформатора без сердечника. Поперечное сечение , 300, показывает первый слой металла, который включает внутреннюю обмотку 312 , внешние обмотки 320 и 322 и соединение внутренней обмотки 304 для катушки верхнего слоя. Второй слой металла включает обмотки 306 и 307 катушки нижнего слоя. Сегмент второго слоя 302 соединяет внутреннюю обмотку 312 с соединением внутренней обмотки 304 .Поперечное сечение 300 также показывает диэлектрик верхнего слоя 315 , первый диэлектрический слой 314 и диэлектрик нижнего слоя 316 .

В одном варианте осуществления пробой напряжения между первой и второй катушками зависит от вертикальной диэлектрической прочности диэлектрического слоя 314 между верхней поверхностью обмотки 306 и 307 и нижней поверхностью внутренней обмотки 312 . Толщина этого расстояния обозначается как длина «d».Пробой напряжения также зависит от горизонтальной диэлектрической прочности границы раздела между диэлектрическими слоями 314 и 316 на горизонтальном расстоянии «b» между обмоткой 306 и сегментом второго слоя 302 , который соединяет внутреннюю обмотку 312 к соединению внутренней обмотки 304 . Горизонтальная диэлектрическая прочность на мкм меньше вертикальной диэлектрической прочности из-за проблем на границе между диэлектрическими слоями , 314, и , 316, .Эти проблемы могут включать загрязнение и возможность расслоения из-за термомеханических нагрузок, вызванных такими механизмами, как циклическое изменение температуры и циклическое переключение мощности. В некоторых вариантах осуществления соотношение вертикальной диэлектрической прочности и горизонтальной диэлектрической прочности составляет примерно от 2 до 5. Однако в некоторых случаях этот коэффициент может выходить за пределы диапазона от 2 до 5. Например, диапазон отношения может составлять от 1 до 10 и выше. В варианте осуществления минимальное горизонтальное расстояние b определяется соотношением b = a * d.Типичные значения вертикальной диэлектрической прочности диэлектрического слоя , 314, могут находиться в диапазоне от примерно 100 В / мкм до примерно 500 В / мкм. Значения для полиимида находятся в диапазоне от примерно 200 В / мкм до примерно 300 В / мкм. В качестве альтернативы также могут быть диэлектрики с вертикальной диэлектрической прочностью за пределами этого диапазона.

В варианте осуществления расстояние «d» может составлять от примерно 10 мкм до 50 мкм, а расстояние b может составлять от примерно 20 мкм до примерно 500 мкм, и обычно от примерно 100 мкм до примерно 300 мкм для вариантов осуществления, использующих технологии встраивания чипа. где микросхема окружена веером.В таких вариантах осуществления первая катушка и вторая катушка могут выдерживать напряжения до, например, около 2,4 кВ. Другие расстояния за пределами этих диапазонов также могут использоваться в зависимости от варианта осуществления и его конкретных характеристик. Технологии встраивания микросхем, используемые в варианте осуществления, включают, но не ограничиваются ими: упаковку на уровне пластины, в которой соединения упаковки создаются непосредственно над пластиной с использованием слоев перераспределения; технологии, такие как eWLB, в которых область разветвления в слоях перераспределения выходит за периметр кристалла и может окружать кристалл; и другие технологии встраивания чипа, такие как «чип в подложке», в которых также создается область вокруг чипа.В некоторых вариантах осуществления эта область подложки может использоваться для слоя перераспределения.

РИС. 4 показан трансформатор без сердечника 400 согласно дополнительному варианту осуществления. Бессердечный трансформатор имеет первую катушку , 404, , выполненную в первом слое металла, и вторую катушку , 402, , выполненную во втором слое металла. Катушки , 402, и , 404, смещены друг от друга, так что внутренний вывод 410 второй катушки находится на расстоянии не менее 408 от первой катушки 404 , а внутренний вывод 412 первой катушки 404 находится на расстоянии как минимум на расстоянии 406 от второй катушки 402 .Расстояния , 406, и , 408, могут быть определены на основе поперечной диэлектрической прочности используемых диэлектрических слоев, а также требований к высокому напряжению трансформатора 400 . Расстояния 406 и 408 могут быть одинаковыми или разными в зависимости от используемых диэлектрических слоев. В варианте осуществления каждая катушка , 402, и , 404, имеет два витка и восьмиугольную геометрию. В качестве альтернативы могут использоваться другие геометрические формы и / или может использоваться большее или меньшее количество витков.В некоторых вариантах осуществления первая катушка , 404, и вторая катушка , 402, могут иметь разное количество витков друг от друга для достижения разных отношений связи.

РИС. 5 a - d иллюстрируют варианты воплощения пакетов на уровне пластины, на которых могут быть реализованы трансформаторы. Например, фиг. 5 a иллюстрирует пакет 500 уровня пластины, имеющий слои перераспределения 504 , расположенные под интегральной схемой 502 .Шарики припоя , 506, могут быть соединены с перераспределяющим слоем , 506, для реализации пакетов решетки шариков на уровне пластины (WLB), как показано. В качестве альтернативы вместо шариков припоя 506 могут использоваться отбойники или проволочные соединения. В дополнительных вариантах осуществления любой тип встроенного пакета может включать концепции вариантов осуществления, показанные на фиг. 5 a - d . Варианты осуществления трансформаторов без сердечника могут быть изготовлены в слоях перераспределительного слоя , 504, .В некоторых вариантах осуществления перераспределительный слой , 504, имеет только два проводящих слоя и один или несколько изолирующих слоев, так что трансформатор варианта осуществления (не показан) реализован с использованием только двух металлических слоев, как описано выше.

РИС. 5 b иллюстрирует пакет встроенных микросхем 520 , имеющий слой перераспределения 504 , который выходит за пределы горизонтальных размеров интегральной схемы 502 . Герметизирующий материал , 508, может быть размещен на интегральной схеме , 502, и распределительном слое , 504, .Один или несколько вариантов осуществления трансформаторов без сердечника могут быть реализованы в слое перераспределения , 504, , как описано выше. В альтернативных вариантах воплощения трансформаторы без сердечника могут быть реализованы в подложках частей в корпусе, подложках гибридных сборок, полупроводниковых схемах, таких как кремниевые интегральные схемы, или с использованием других структур. В дополнительных вариантах осуществления слой 504 перераспределения может содержать множество трансформаторов.

РИС. 5 c иллюстрирует встроенный чип 530 , содержащий чип 502 a и чип 502 b , расположенный внутри герметизирующего материала 508 на слое перераспределения 510 .Дополнительные слои 512 , включая два металлических слоя и изоляционный слой между металлическими слоями, расположены поверх герметизирующего материала 508 . В варианте осуществления слой перераспределения , 510, направляет соединения контактных площадок микросхемы к шарикам припоя 506 и через герметизирующие переходные отверстия 532 , которые соединены с трансформаторами варианта осуществления, расположенными в дополнительных слоях 512 . В одном варианте осуществления трансформатор в дополнительных слоях 512 может использоваться для создания гальванически изолированного соединения между микросхемой 502 a и микросхемой 502 b .Герметизирующие переходные отверстия могут быть сформированы путем прикрепления переходной балки к перераспределительному слою 510 и последующего формирования герметика 508 вокруг переходной балки и вокруг микросхем 502 a и 502 b . В качестве альтернативы, сначала может быть сформирован герметик , 508, , после чего просверливаются отверстия, например, с помощью лазера. Затем отверстия заполняются проводящим материалом, например металлом.

РИС. 5 d иллюстрирует встроенный чип 540 , содержащий чип 502 a и чип 502 b , расположенный внутри герметизирующего материала 508 на слое перераспределения 540 .Верхний слой , 516, , включающий, например, один металлический слой и пассивирующий слой, расположен поверх герметизирующего материала 508 . В некоторых вариантах осуществления один металлический слой нанесен поверх герметика 508 , а пассивирующий слой нанесен на него. Слой перераспределения , 514, включает первую обмотку трансформатора, а верхний слой , 516, включает вторую обмотку трансформатора, которые сконструированы согласно вариантам осуществления, описанным в данном документе.Соединения со второй обмоткой, в том числе перекрестные соединения в варианте осуществления, выполняются с использованием герметизирующих переходных отверстий 532 . Здесь герметик 508 служит диэлектриком между первой обмоткой и второй обмоткой трансформатора. В некоторых вариантах реализации герметик 508 может быть эпоксидным материалом, имеющим наполнитель, такой как SiO 2 . В качестве альтернативы можно использовать другие наполнители. Толщина герметика 508 может составлять от примерно 250 мкм до примерно 1000 мкм.В качестве альтернативы могут использоваться другие толщины за пределами этого диапазона. В некоторых вариантах осуществления упаковка может быть реализована с использованием систем и способов, описанных в патентах США No. № 8,093,711, который полностью включен в настоящий документ посредством ссылки.

РИС. 6 a и 6 b иллюстрируют варианты осуществления изолированных приемопередатчиков. ИНЖИР. 6 a иллюстрирует изолированную интегральную схему приемопередатчика 600 , имеющую первый приемопередатчик 602 , содержащий передатчик 606 и приемник 608 ; и второй приемопередатчик 604 , содержащий приемник 610 и передатчик 612 .В варианте осуществления передатчик 606 первого приемопередатчика 602 соединен с приемником 610 второго приемопередатчика 604 через трансформатор 614 . Точно так же передатчик 612 второго приемопередатчика 604 соединен с приемником 608 первого приемопередатчика 608 через трансформатор 616 . Первый приемопередатчик 602 ссылается на узлы питания VDD 1 и GND 1 , а второй приемопередатчик 604 ссылается на узлы питания VDD 2 и GND 2 .В варианте осуществления узлы питания VDD 1 и GND 1 могут быть подключены к первому источнику питания или первой электронной системе или подсистеме), а узлы питания VDD 2 и GND 2 могут быть подключены к второй источник питания или вторая электронная система или подсистема, которые изолированы от первого источника питания.

Трансформаторы , 614, и , 616, могут быть реализованы с использованием трансформаторов без сердечника в соответствии с вариантами осуществления, описанными выше.В одном варианте осуществления трансформаторы , 614, и , 616, реализованы с использованием только двух металлических слоев и, по меньшей мере, одного диэлектрического слоя интегральной схемы 600 . В одном варианте осуществления по меньшей мере один диэлектрический слой может быть слоем SiO 2 .

РИС. 6 b иллюстрирует изолированный модуль 620 приемопередатчика, имеющий первую схему приемопередатчика 622 , вторую схему приемопередатчика 634 и схему трансформатора 636 .Передатчик 626 первого приемопередатчика 622 соединен с приемником 630 второго приемопередатчика 634 через подложку трансформатора 638 . Точно так же передатчик 632 второго приемопередатчика 634 соединен с приемником 628 первого приемопередатчика 622 через трансформатор 640 . В варианте осуществления первый и второй приемопередатчики могут быть реализованы с использованием интегральных схем, а подложка трансформатора может быть реализована на печатной плате (PCB) или гибридной подложке, на которой расположены схемы , 622, и , 634, .

РИС. 7 иллюстрирует блок-схему 700 способа формирования трансформатора варианта осуществления. Сначала на этапе , 702, предоставляется подложка, которая может быть полупроводниковой подложкой, пакетом с разветвленной пластиной, гибридом, печатной платой или другой подложкой. Первая катушка и первый кроссовер для второй катушки формируются в первом проводящем слое над подложкой (этап , 704, ). Первый проводящий слой может быть сформирован из металла, такого как алюминий или медь, с использованием технологий, известных в данной области техники.В качестве альтернативы можно использовать другие проводящие материалы. Этап , 704, может выполняться с помощью полуаддитивной, субтрактивной обработки, контактной печати или любой другой обработки. Затем, на этапе , 706, , диэлектрический материал, такой как SiO 2 , полимерный материал или другой изолирующий материал, формируется поверх первого проводящего слоя с отверстиями в соответствующих местах. Затем формируют вторую катушку и второй кроссовер для первой катушки во втором проводящем слое поверх диэлектрического материала (этап , 708, ).Второй переходник для первой катушки соединен с внутренним концом первой катушки и проходит за периметр первой катушки. Аналогично, первый кроссовер для второй катушки соединен с внутренним концом второй катушки и проходит за внешний периметр второй катушки. Необязательный изолирующий материал, такой как нитридная пассивация, полимерный материал или другой изолирующий материал, может быть сформирован поверх второго проводящего слоя на этапе , 710, .

В соответствии с вариантом осуществления, трансформатор включает в себя первый диэлектрический слой, первую катушку, расположенную в первом проводящем слое на первой стороне первого диэлектрического слоя, и вторую катушку, расположенную во втором проводящем слое на второй стороне первый диэлектрический слой напротив первой стороны.Первая катушка имеет первый конец, расположенный внутри первой катушки, и второй конец, расположенный по внешнему периметру первой катушки, и вторая катушка имеет первый конец, расположенный внутри второй катушки, и второй конец, расположенный на внешнем периметре. второй катушки. Трансформатор также имеет первый кроссовер, расположенный во втором проводящем слое, и второй кроссовер, расположенный в первом проводящем слое. Первый кроссовер напрямую соединен с первым концом первой катушки и проходит за внешний периметр первой катушки; а второй кроссовер напрямую соединен с первым концом второй катушки и проходит за внешний периметр второй катушки.

Первый конец второй катушки может быть расположен за пределами внешнего периметра первой катушки; и первый конец второй катушки может быть расположен за пределами внешнего периметра второй катушки. В некоторых вариантах осуществления первое поперечное расстояние между первым переходом и ближайшей частью второй катушки не меньше первого критического расстояния; и второе поперечное расстояние между вторым кроссовером и ближайшей частью первой катушки не меньше второго критического расстояния.Первое критическое расстояние и второе критическое расстояние могут быть одинаковыми или разными. В одном варианте осуществления первое критическое расстояние составляет примерно от 2 до 5 ширины первого диэлектрического слоя. В качестве альтернативы также могут использоваться критические расстояния за пределами этого диапазона.

В некоторых вариантах осуществления трансформатор сконфигурирован так, чтобы выдерживать разность потенциалов не менее 2,5 кВ между первой катушкой и второй катушкой. В дополнительных вариантах осуществления трансформатор может быть сконфигурирован так, чтобы выдерживать более высокое напряжение, например 4.5 кВ между первой катушкой и второй катушкой. В варианте осуществления первая катушка и вторая катушка могут быть реализованы с использованием спирального индуктора и / или первой катушки, и каждая вторая катушка может включать по меньшей мере два витка. В некоторых вариантах осуществления первый проводящий слой, первый диэлектрический слой и второй проводящий слой расположены на интегральной схеме.

В варианте осуществления первый проводящий слой, первый диэлектрический слой и второй проводящий слой содержат слои в пакете уровня пластины.Пакет уровня пластины может включать только два проводящих слоя и, по меньшей мере, один непроводящий слой, так что только два проводящих слоя являются первым проводящим слоем и вторым проводящим слоем. В некоторых вариантах осуществления пакет уровня пластины содержит по меньшей мере одну интегральную схему, расположенную на втором металлическом слое.

В варианте осуществления, упаковка уровня пластины включает в себя слой перераспределения, по меньшей мере, одну интегральную схему, расположенную на слое перераспределения, и слой инкапсуляции, расположенный над по меньшей мере одной интегральной схемой, так что первый проводящий слой расположен поверх инкапсулирующего слоя. слой.Пакет уровня пластины может дополнительно включать сквозные герметизирующие переходные отверстия, соединяющие слой перераспределения с первым проводящим слоем и вторым проводящим слоем. В другом варианте осуществления пакет уровня пластины включает в себя, по меньшей мере, одну интегральную схему, расположенную над первым металлическим слоем, при этом первый диэлектрический слой сформирован как изолирующий слой, расположенный над, по меньшей мере, одной интегральной схемой, а второй проводящий слой сформирован поверх инкапсулирующий слой.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, упаковка уровня пластины включает в себя первый диэлектрический слой, первый проводящий слой, расположенный на первой стороне первого диэлектрического слоя, и второй проводящий слой, расположенный на второй стороне первого диэлектрического слоя, так что вторая сторона противоположна первой стороне.Пакет уровня пластины также включает в себя первую катушку, расположенную в первом проводящем слое, и вторую катушку, расположенную во втором проводящем слое. Первая катушка включает в себя первый конец, расположенный внутри первой катушки, и второй конец, расположенный на внешнем периметре первой катушки. Аналогично, вторая катушка включает в себя первый конец, расположенный внутри второй катушки, и второй конец, расположенный на внешнем периметре. второй катушки. Первый кроссовер расположен во втором проводящем слое, а второй кроссовер расположен в первом проводящем слое.Первый кроссовер напрямую соединен с первым концом первой катушки и простирается за внешний периметр первой катушки, а второй кроссовер напрямую соединен с первым концом второй катушки и простирается за внешний периметр второй катушки. . В варианте осуществления первая катушка и вторая катушка образуют трансформатор. Трансформатор может быть изолирующим трансформатором, сконфигурированным так, чтобы выдерживать разность потенциалов не менее 2,5 кВ между первой катушкой и второй катушкой.

В варианте осуществления первый конец второй катушки расположен за пределами внешнего периметра первой катушки, а первый конец второй катушки расположен за пределами внешнего периметра второй катушки. В некоторых вариантах осуществления первое поперечное расстояние между первым переходом и ближайшей частью второй катушки не меньше первого критического расстояния, а второе поперечное расстояние между вторым переходом и ближайшим участком первой катушки не менее второе критическое расстояние.Первое критическое расстояние может быть таким же, как второе критическое расстояние или отличаться от него.

В варианте осуществления пакет уровня пластины также включает в себя интегральную схему, соединенную с первой катушкой. Пакет уровня пластины может включать в себя перераспределяющие слои, имеющие только два проводящих слоя и, по меньшей мере, один непроводящий слой, при этом только два проводящих слоя содержат первый проводящий слой и второй проводящий слой. В варианте осуществления по меньшей мере одна интегральная схема расположена над вторым проводящим слоем, а герметизирующий материал расположен по меньшей мере над одной интегральной схемой.Первая катушка и вторая катушка могут быть расположены в зоне разветвления пакета уровня пластины.

В варианте осуществления пакет уровня пластины дополнительно включает в себя по меньшей мере одну интегральную схему, расположенную над первым проводящим слоем, при этом первый диэлектрический слой содержит изолирующий материал, расположенный поверх по меньшей мере одной интегральной схемы. Пакет уровня пластины может также включать сквозные герметизирующие переходные отверстия, соединяющие первый проводящий слой и второй проводящий слой в первом переходе и втором переходе.

В одном варианте осуществления пакет уровня пластины дополнительно включает в себя, по меньшей мере, одну интегральную схему, расположенную поверх слоя перераспределения, и герметизирующий материал, расположенный поверх, по меньшей мере, одной интегральной схемы, так что первый проводящий слой, первый диэлектрический слой и второй проводящий слой слой расположены поверх инкапсулирующего материала.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, способ формирования трансформатора, формирующего вторую катушку во втором проводящем слое, формируя первый кроссовер во втором проводящем слое, формируя первый диэлектрический слой поверх второго проводящего слоя, формируя первую катушку в первом проводящем слое, расположенном поверх первого диэлектрического слоя и образующем второй переход в первом проводящем слое.Первая катушка включает в себя первый конец, расположенный внутри первой катушки, и второй конец, расположенный на внешнем периметре первой катушки; и вторая катушка включает в себя первый конец, расположенный внутри второй катушки, и второй конец, расположенный на внешнем периметре второй катушки. Первый кроссовер соединен с первым концом первой катушки и проходит за внешний периметр первой катушки; а второй кроссовер соединен с первым концом второй катушки и проходит за внешний периметр второй катушки.В варианте осуществления, в котором формирование второго проводящего слоя включает формирование пакета уровня пластины, включающего только два проводящих слоя и, по меньшей мере, один непроводящий слой, который включает в себя первый проводящий слой, второй проводящий слой и первый диэлектрический слой.

Преимущества вариантов осуществления систем и методов включают возможность реализации трансформаторов без сердечника, которые могут выдерживать высокие напряжения с использованием только двух металлических слоев, что позволяет создавать недорогие и компактные изолирующие трансформаторы.Дополнительные преимущества включают повышение выхода за счет уменьшения количества слоев и уменьшения количества процессов, необходимых для изготовления слоев.

Хотя это изобретение было описано со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления, это описание не предназначено для толкования в ограничительном смысле. Различные модификации и комбинации иллюстративных вариантов осуществления, а также других вариантов осуществления изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники при обращении к описанию.Поэтому предполагается, что прилагаемая формула изобретения охватывает любые такие модификации или варианты осуществления.

A ZVS Обратный преобразователь постоянного тока в постоянный с использованием понижающего силового трансформатора на многослойной печатной плате без сердечника

Авторов: Хари Бабу Котте, Радхика Амбатипуди, Д-р Кент Бертилссон

Аннотация:

Экспериментальные и теоретические результаты ЗВС (Переключение при нулевом напряжении) изолированный обратный преобразователь постоянного тока с использованием представлены многослойные печатные платы без сердечника понижающего трансформатора 2: 1.Показаны рабочие характеристики трансформатора, который полезны для извлечения параметров. Измеренная энергия КПД трансформатора составляет более 94% с возбуждение синусоидальным входным напряжением. Разработанный обратноходовой преобразователь был успешно протестирован до уровня выходной мощности 10 Вт, с частотой переключения в диапазоне 2,7-4,3 МГц. В входное напряжение преобразователя варьируется от 25 В до 40 В постоянного тока. Используется метод частотной модуляции путем поддержания постоянное время выключения для регулирования выходного напряжения преобразователя.В энергоэффективность схемы изолированного обратноходового преобразователя при ЗВС состояние в диапазоне частот МГц оказывается приблизительно равным в пределах 72-84%. Эта статья дает сравнительные результаты в с точки зрения энергоэффективности аппаратного и мягкого переключения Обратный преобразователь в диапазоне частот МГц.

Ключевые слова: лететь обратно, переключение при нулевом напряжении, Понижающий трансформатор для печатных плат без сердечника, DC-DC преобразователь, Конвертер с аппаратным переключением, Диапазон частот МГц, Трансформатор многослойной печатной платы

Идентификатор цифрового объекта (DOI): doi.org / 10.5281 / zenodo.1077323

Процедуры APA BibTeX Чикаго EndNote Гарвард JSON ГНД РИС XML ISO 690 PDF Загрузок 3874

Артикул:


[1] Вонг Фу Кеунг, «Высокочастотные трансформаторы для импульсного режима питания. расходные материалы - Университет Гриффита, 2004 г.
[2] Ли Рулай и Чжу Ишэн "Структура и анализ ядра без ядра" Трансформаторы для печатных плат -, 2003, IEEE, ISBN: 0-7803-7831- 8
[3] С.C.Tang, S.Y.R.Hui и H. Chung, "Печатная плата без сердечника". (PCB) Трансформаторы - Основные характеристики и применение потенциал -, ISSN 1049-3654, том 11, №3, декабрь 2000 г.
[4] Hui, S.Y.R, Tang, S.C., And Chung.H., "Печатная плата без сердечника ( PCB) трансформаторы для передачи сигналов и энергии -, Электронная литература, 1998, 34, (11), с. 1052-1054.
[5] Абрахам И. Прессман, «Схема коммутируемого источника питания, 2-е издание», МакГроу-Хилл, стр.105
[6] C.F.Coombs, ÔÇÿРуководства по печатным схемам - 5-е издание, McGraw-Hill, 27 августа 2001 г.
[7] Алекс Ван ден Босше и Венцислав Чеков Валчев, «Индукторы и Трансформаторы для силовой электроники-1-е издание, CRC Пресса, 34 марта 2005 г.
[8] Роберт В.Эриксон, «Основы силовой электроники - 2-е издание», Springer International Edition, стр 505.
[9] Войцех А. Табиш, Павел М. Градски и Фред С.Й. Ли, "Zero- Квазирезонансные понижающие и обратные преобразователи с переключением напряжения Экспериментальные результаты на частоте 10 МГц - транзакции IEEE при питании Электроника, том 4, No2, апрель 1989 г.
[10] Хэн-Мин Хсу, "Эффективная модель последовательного сопротивления спиральных индукторов", Письма о микроволновых и оптических технологиях, том 46, № 2, 20 июля 2005 г.
[11] Сон-Мин Хван и Тэ-Ён Ан, ÔÇÿA ZVS, нападающий DC-DC Преобразователь с использованием трансформатора Coreless PCB и индуктора-2001.Изолированная передача данных

и преобразование мощности интегрированы в корпус для поверхностного монтажа

Гальваническая развязка используется в различных отраслях промышленности, чаще всего для обеспечения безопасности от потенциально смертельного напряжения. Изоляция также используется для устранения воздействия шума. и синфазные разности напряжений, создаваемые контурами заземления или в качестве переключателя уровня между разными рабочими напряжениями. Обычно для построения изолированной системы требуется ряд пассивных и активных компонентов по обе стороны от изолирующего барьера, в помимо самих барьерных компонентов.Эти барьерные компоненты могут быть оптические, магнитные, емкостные, ВЧ или даже устройства GMR (гигантское магнитосопротивление).

Компоненты барьера, как известно, сложны использовать, добавляя значительный дизайн время и стоимость изолированных систем. С участием помня об этом, Linear Technology разработала линейку изоляторов μModule ® . что уменьшает дизайн изолированных системы для простого подключения модуля - никаких сложных барьерных компонентов являются обязательными. Фактически, изоляторы μModule не требуют никаких внешних компонентов.

Линейная технология Изоляторы μModule использовать методы магнитной связи, чтобы обеспечить изоляцию данных и питания в единый пакет. В результате получается простой в использовании, маломощное, надежное решение с отличная полевая невосприимчивость. LTM2881 изолированный приемопередатчик RS485 / RS422 и LTM2882 приемопередатчики RS232 с двойной изоляцией использовать изолятор μModule для обеспечения полного трансивера плюс мощность решения в 15 мм × 11,25 мм × 2,8 мм пакеты для поверхностного монтажа.

Изоляторы модулей

μModule используют индуктивно связанные катушки или трансформаторы без сердечника, чтобы передавать данные через границу изоляции.Электрические и механические изображения показаны на рисунке 1. Выделенный интегральные схемы выполняют данные функции передачи и приема для все каналы и оба направления данных.

Рис. 1. Эквивалентная электрическая и механическая конфигурация изоляции данных.

Кодируются три канала данных, сериализован в пакет и передан через границу изоляции в каждом направление. Передача данных в одном направлении полностью не зависит от данных передача в обратном направлении.

Процесс кодирования запускается, когда данные изменяются (срабатывает по фронту) на любой из трех входов. Три данных входы состоят из одного высокого приоритета и два канала с низким приоритетом. Изменение состояния на высокоприоритетном канале вытесняет процесс кодирования, инициированный низким изменение состояния приоритетного канала. Эта схема гарантирует, что данные с высоким приоритетом канал передается без джиттера к выходу, но, в свою очередь, производит некоторые степень неопределенности времени на каналы с низким приоритетом.Высокий приоритет канал назначен DI для (Y, Z) и (A, B) в RO для LTM2881 и с T1IN на T1OUT и R1IN - R1OUT для LTM2882. Все остальные каналы для этих продуктов имеют низкий приоритет. Кодирование завершено выборка всех трех состояний входных данных и передача данных через безъядерный разделительный трансформатор в виде серии импульсов.

Каждая передача принимается как дифференциал. сигнал, проверен на ошибки, декодируется и синхронизируется с соответствующим вывод данных. Ресивер подключен к вторичной обмотке трансформатора с отводом от центра.Такое расположение обмоток обеспечивает подавление синфазного сигнала, так как любое сопряженное сигналы отменяются противоположными геометрия намотки на ствольной коробке Вход. Процесс проверки ошибок определяет если переданные данные действительны; в противном случае выходы не обновляются.

Процесс кодирования / декодирования поддерживает минимальная скорость передачи данных примерно 21 Мбит / с. Происходящие пограничные события во время передачи пакета инициировать новая операция захвата, которая завершена в конце текущего цикла передачи.

Данные обновляются примерно со скоростью 1 МГц, обеспечивая правильность постоянного тока все данные выводятся. Если четыре недопустимых пакета получил последовательно сообщение неисправность генерируется. Этот режим неисправности вызывает состояние с высоким импедансом на определенных выходы, например RO и DOUT для LTM2881 и R1OUT и R2OUT для LTM2882. Это состояние неисправности может быть легко обнаруживается в критических приложениях.

Изготовлен без сердечника трансформатор. внутри субстрата μModule слои.Минимальное разделение слоев змеевика 60 мкм обеспечивается двухслойным Бисмалеимид-триазин (BT) высокая эффективность ламинат на основе смол.

Изолированная мощность генерируется более обычные средства. Общая мощность преобразователь состоит из полномостового квадрата волновой генератор, связанный по переменному току с изоляцией первичная обмотка трансформатора, выпрямленная с подключен двухполупериодный удвоитель напряжения к вторичной обмотке трансформатора и должность регулируется линейным регулятор (LDO). Схема 2 на рисунке показывает этап преобразования энергии.

Рисунок 2. Упрощенный изолированный каскад преобразования мощности.

Общая топология питания обеспечивает простой, гибкий, отказоустойчивый и относительно эффективный дизайн (~ 65%). Мост ток контролируется и ограничивается Защитите силовые переключатели и трансформатор. Первичная и вторичная оба с переменным током, предотвращающий трансформатор насыщенность при любых условиях. Все компоненты интегрированы в пакет μModule; нет внешней развязки требуется для правильной работы.

Два диапазона входного рабочего напряжения, определяется соотношением витков трансформатора, доступны: от 3В до 3.6В (-3 версии) и От 4,5 В до 5,5 В (версии -5). Входное напряжение уровень определяется внутренне, устанавливая ограничение первичного тока примерно до 550 мА для версий с 3 частями и 400 мА для -5 версий частей. Выход преобразователя мощность в зависимости от входного напряжения показано на рисунке 3 для V CC2 ≥ 4,75 В.

Рисунок 3. Допустимая мощность изолятора μModule.

Предел первичного тока не активен при нормальных условиях эксплуатации.

Трансформатор состоит из тороидального феррита. сердечник с одной высоковольтной изоляцией обмотка и вторая низковольтная изолированные обмотка.Обмотка высокого напряжения использует дополнительный класс с тефлоновой изоляцией провод, состоящий из двух независимых слои с общей толщиной изоляции 76 мкм. Трансформатор полностью инкапсулируется во время формования μModule процесс, обеспечивающий дополнительную защиту.

Как указано выше, изолирующий барьер состоит из двух компонентов: катушки данных изолирован подложкой BT и тефлоном изолированные обмотки по мощности трансформатор. Изолирующий барьер разработан с минимальным диэлектрическим выдерживать номинальное значение 2500 В RMS для шестьдесят секунд и непрерывная работа напряжение 400V RMS или 560V PEAK .

Перечислены ключевые параметры изоляции в таблице 1, заимствованной из широкого разнообразие международных стандартов. Стандарты, относящиеся к системам изоляции и компоненты, и связанные темы представляющие интерес, перечислены в Таблице 2.

Таблица 1. Основные характеристики изоляции LTM2881 и LTM2882.
Параметр Условия мин. ТИП Макс Блок
Номинальное напряжение диэлектрической изоляции 1 минута 2500 В RMS
Максимальное рабочее напряжение изоляции непрерывный 400
560
В СКЗ
В ПИК
Частичный разряд В PR = 1050 В ПИК 5 пК
Устойчивость к синфазным переходным процессам 30 кВ / мкс
Сопротивление входа-выхода (изоляция) В IO = 500 В 10 9 10 11 Ом
Входная / выходная (барьерная) емкость f = 1 МГц 6 пФ
Расстояние внешнего слежения (путь утечки) L / BGA 9.53 мм
Внешний воздушный зазор (зазор) Расстояние BGA 9,53 мм
Индекс сравнительного отслеживания (CTI) 175 В
Максимально допустимое перенапряжение t = 10 с 4000 В ПИК
Минимальное расстояние сквозь изоляцию 0.06 мм
Изолирующий барьер ESD, HBM (V CC2 , GND2) к GND
Изолированный ввод / вывод к GND
± 10

± 8

кВ

кВ

Таблица 2. Стандарты, относящиеся к системам и компонентам изоляции.
Стандартный Описание
UL1577 Стандарт безопасности оптических изоляторов
МЭК 60747-5-2 (VDE 0884-10) Оптоэлектронные устройства, основные характеристики и характеристики
МЭК 60664-1 Координация изоляции оборудования в системах низкого напряжения
МЭК 60950-1 Оборудование информационных технологий - Безопасность
МЭК 61010-1 Измерение, контроль, лабораторное оборудование - безопасность
МЭК 60601-1 Медицинское электрическое оборудование
МЭК 61000-4-2 Стойкость к электростатическому разряду
МЭК 61000-4-3 Устойчивость к радиочастотному полю
МЭК 61000-4-4 Электрические быстрые переходные процессы
МЭК 61000-4-5 Устойчивость к скачкам напряжения
МЭК 61000-4-8 Устойчивость к магнитному полю промышленной частоты
МЭК 61000-4-9 Устойчивость к импульсному магнитному полю
CISPR 22 Излучение излучения - оборудование информационных технологий
МЭК 60079-11 Искробезопасность

UL1577 - стандарт на уровне компонентов разработан для проверки того, что диэлектрик выдерживает напряжение до 2500В RMS под разнообразие условий окружающей среды.Устройства LTM2881 и LTM2882 имеют получил одобрение UL до эксплуатационного температура 100ºC. Диэлектрик выдерживает 100% производство испытано подачей испытательного напряжения постоянного тока ± 4400 В (≈2500 • 1,2 • √2) в течение одной секунды на каждой полярности, все контакты закорочены с каждой стороны изоляционного барьера.

IEC 60747-5-2 - это европейский эквивалентный стандарт уровня компонентов, требующий измерения частичного разряда (ЧР) через изолирующий барьер при напряжении, связанном с номинальным рабочим напряжением системы.Для сертификации требуются испытания в различных условиях окружающей среды, а также 100% производство. скрининг. LTM2881 и LTM2882 были охарактеризованы для частичного разряда и легко соответствуют требованиям стандарта, с уровнем менее 5 пКл при 1050 В ПИК для рабочего напряжения 560 В ПИК . Сертификация по IEC 60747-5-2 находится в процессе.

Номинальное продолжительное рабочее напряжение составляет не определены явно ни в одном стандарте; это ценность зависит от множества экологических условия эксплуатации, в том числе путь утечки / зазор, требования к испытаниям определены в стандартах, а также срок эксплуатации.Срок службы при номинальном рабочем напряжении экстраполируется из данных ускоренных испытаний на срок службы. Результаты тестирования LTM2881 и LTM2882 показаны на рисунке 4. Данные соответствуют общепринятое распределение Вейбулла для ускоренного испытания диэлектрического пробоя. 1 График показывает минимальный срок службы при 500 В RMS больше 100 лет.

Рисунок 4. Срок службы изоляции изолятора μModule.

Параметры, относящиеся к изолирующему барьеру номинальное напряжение включает электростатическое разряд (ESD), устойчивость к скачкам напряжения и электрические быстрые переходные процессы.Один из основных преимуществом гальванической развязки является возможность изоляционного барьера, чтобы удержать большие потенциалы напряжения, устраняющие потребность в других устройствах защиты, таких как ограничители переходных напряжений. Ключ настроить систему таким образом, чтобы барьер видит переходное событие, которое обычно достигается за счет надлежащего экранирования системных межсоединений. Изоляция барьер легко выдерживает переходные процессы события, равные диэлектрической стойкости напряжение 2500V RMS или 3500V PEAK , и выдерживает гораздо более высокие напряжения для короткие периоды времени, о чем свидетельствует номинальные значения статического электричества барьера 8 кВ – 10 кВ, а также срок службы при повышенных напряжениях.

Емкость входа на выход или барьер емкость, важный параметр влияя на многие аспекты общей представление. В общем, чем ниже емкость тем лучше. Емкость является паразитным элементом и является параллельным комбинация катушки данных и трансформатора емкость обмотки. Типичная емкость составляет 6 пФ на частоте 1 МГц с катушками данных с учетом 1,2 пФ каждый и мощность трансформатор 3,6 пФ. В случае переходных процессов один или несколько ESD или корпусных диодов проводит переходную энергию к ёмкость барьера и обратно на землю.Барьерный конденсатор меньшего размера поглощает больше переходное напряжение, уменьшающее энергию рассеивается в функциональной ИС, таким образом сведение к минимуму возможности повреждения.

Величина емкости также влияет на переходный процесс синфазного режима иммунитет. Этот параметр является мерой способность компонента поддерживать надлежащее работать при высоком повороте скорость сигналов через изолирующий барьер. Изоляторы μModule поддерживают минимум скорость переходных процессов в синфазном режиме 30 кВ / мкс (Типично 50 кВ / мкс), работая через эти переходные события без ошибок при передаче данные.Барьерная емкость смещается ток, равный емкости раз скорость нарастания в приложении умереть, потенциально нарушив его функцию путем наведения шума или запуска паразитных конструкции устройства. В экстремальных условиях необходимо для создания общего режима ошибок, продукты изоляторов μModule не демонстрируют любую защелку, вместо исправлены только мгновенные изменения состояния во время следующего цикла общения.

Емкость барьера также играет роль в электромагнитной совместимости системы, специально излучаемые выбросы.Так же, как переходные события общего режима ввести ток через паразитный барьер емкость, данные и мощность схемы привода. Эти приводные схемы имеют быстрое крайние значения, которые в конечном итоге создают напряжение переходный процесс на изолированной заземляющей плоскости (GND2). Самая изолированная печатная плата макеты используют отдельные плоскости земли для стороны входа (GND) и выхода (GND2). Эта структура с двойной заземляющей поверхностью образует дипольная антенна, обеспечивающая эффективную излучатель синфазного напряжения создается паразитной емкостью барьера.

Другой способ взглянуть на эту проблему: учитывать токи, возникающие в паразитная емкость цепей управления. Эти токи требуют обратного пути. Если ток не возвращается через один из параллельных паразитных конденсаторов, он будет возвращен через емкость создается парой наземных плоскостей, или потенциально через емкость образуется между соединительными проводами и земля. Излучаемые выбросы могут быть довольно высокий, если не смягчить должным образом. Самый эффективный метод - обеспечить обратный путь с низким импедансом на интересующие частоты, а именно дополнительный конденсатор между изолированными плоскости заземления или мостовой конденсатор.

Конструкции и методы изоляции используется в изоляторе по технологии μModule недостаточны сами по себе, чтобы излучать достаточно мощности, чтобы превзойти класс B предел CISPR 22. Катушки данных по существу малые рамочные антенны, чьи уровень выбросов можно предсказать, решив уравнение излучаемой рамочной антенны (1). На рисунке 5 показаны результаты этого уравнение с использованием смоделированного тока катушки данные спектра, а также фактически измеренные данные, которые также включают вклады от изолированной силовой составляющей.

I f = ток при частоте

r n = радиус n-го витка витка в метрах

N = Общее количество витков

λ = длина волны на частоте

Рисунок 5. Прогнозируемые и фактические общие излучаемые выбросы.

Как показано, уровни выбросов значительно снижаются. ниже требуемого CISPR 22 и связанных Ограничения FCC.

Для обеспечения конструкция с минимальным излучением. Первое, как уже упоминалось, - это использование мостового конденсатора, реализованного перекрытие плавающей плоскости печатных печатная плата из меди, обычно с использованием внутренний слой, над входом и изолированный наземные самолеты.Это обеспечивает почти идеальный конденсатор и два изоляционных барьера. создан для поддержки изоляционного напряжения. Этот прием можно использовать в сочетании с дискретными конденсаторами для дальнейшего уменьшения выбросы ниже 300 МГц, выше которых частота пределы паразитной индуктивности их полезность. Рекомендуемый дискретный конденсаторы класса безопасности переменного тока, типа Y2, применены два последовательно для соответствия стандарту безопасности требования. Серия Murata's Type GF конденсаторов Y2 соответствуют этому требованию.

Дополнительные методы уменьшения электромагнитных помех включают:

  • Минимизировать размер изолированного заземления самолет.
  • Убедитесь, что все следы сигналов и питания имеют тесно связанные обратные пути к свести к минимуму излучение, создаваемое этими локализованные петли. Избегайте переходных сигналов от слоя к слою как текущее изображение часто не могут идти по тому же пути.
  • Добавьте комбинацию низкого ESL и высокого конденсаторы развязки по сопротивлению рельсы высокого тока, предотвращающие кондуктивный шум и паразитный звон от превращения в излучаемый шум.
  • Использовать фильтрацию для всех внешних соединений.Часто это можно сделать с помощью чипы на основе феррита и обычные режим фильтров. Необходимо проявлять осторожность чтобы компоненты фильтра не нарушить целостность сигналов на связанные строки данных. Фильтрация обеспечивает блок с высоким сопротивлением для радиочастотные сигналы. Шунтирующая емкость также может использоваться для обеспечения локальный обратный путь с низким сопротивлением.
  • Уменьшите рабочее напряжение питания, или используйте версию с более низким входным напряжением (-3) части.
  • Версии LTM2881 и Low-EMI Демонстрационные платы LTM2882, DC1746A и DC1747A соответственно, доступны, используя многие из этих методов.

При наложении неэффективный радиатор также является неэффективным приемником. В LTM2881 и LTM2882 были независимо оценивается для радиочастоты и устойчивость к магнитному полю. Таблица 3 резюмирует применимые стандарты испытаний с прохождением уровней напряженности поля.

Таблица 3. Устойчивость к электромагнитному полю
Тест Частота Напряженность поля
IEC 61000-4-3 Приложение D
80 МГц – 1 ГГц 10 В / м
1.4–2 ГГц 3 В / м
2–2,7 ГГц 1 В / м
IEC 61000-4-8 Уровень 4 50 Гц и 60 Гц 30А / м
IEC 61000-4-8 Уровень 5 60 Гц 100 А / м (не IEC)
IEC 61000-4-9 Уровень 5 Импульс 1000 А / м

Тем не менее, пройдя испытания, не дает глубокого понимания системы истинный уровень иммунитета.Внешний магнитный поле, необходимое для нарушения передачи данных можно рассчитать по уравнению (2), где V представляет собой дифференциальный приемник пороговое напряжение. Центр постучал приемные катушки обеспечивают высокий уровень подавления к внешним радиочастотным и магнитным полям или синфазные сигналы из-за противоположных обмотка витков. Поскольку катушки данных не полностью симметричный, некоторый дифференциал напряжение генерируется, представлено чистой разницей в площади между катушка центрального ответвителя поворачивается. Максимум внешнее магнитное поле относительно приемника порог показан на рисунке 6, с учетом учитывать отмену общего режима.

β = плотность магнитного потока в гауссах

N = количество витков в приемной катушке

r n = радиус n-го витка витка в сантиметрах

Рисунок 6. Устойчивость к магнитному полю.

В качестве альтернативы, магнитное поле из-за переменный ток, текущий в проводе некоторое расстояние можно рассчитать. На рисунке 6 также показан этот результат для расстояний 5 мм, 100 мм и 1 м от рассматриваемое устройство. Например, текущий 1000А при 1МГц в проводе 5 мм потребуется, чтобы повредить передача данных на приемнике.

Длина пути утечки, зазор, индекс отслеживания и минимальное расстояние через изоляцию параметры безопасности, используемые в различные стандарты уровня оборудования и стандарты координации изоляции определить правильное применение компонента.

IEC 60664-1 конкретно касается изоляции. систем и является справочным стандартом согласно IEC 60950-1, IEC 61010-1 и МЭК 60601-1. Эти стандарты определяют требуемый путь утечки, зазор и т. д., исходя из по типу установки оборудования и операционная среда.Следующие используются термины и определения в различных стандартах:

  • Основная изоляция: Изоляция для обеспечения базовая защита от поражения электрическим током.
  • Дополнительная изоляция: Независимая изоляция применяется в дополнение к основная изоляция для уменьшения риск поражения электрическим током в случае отказа основной изоляции.
  • Двойная изоляция: Изоляция, содержащая как основная изоляция, так и дополнительная изоляция.
  • Усиленная изоляция: Одинарная изоляция система, обеспечивающая определенную степень защиты от поражения электрическим током, эквивалентного двойная изоляция. Он может состоять из нескольких слои, которые не могут быть протестированы как базовые изоляция и дополнительная изоляция.
  • Группа материалов: На основе классификации на изоляционных элементах относительного сравнительный индекс отслеживания, мера поверхностного электрического пробоя свойства изоляционного материала.
  • Степень загрязнения: Числовое обозначение ожидаемое загрязнение микросреда, степени включают 1, 2 и 3. Уровень загрязнения может привести к в снижении электрической прочности или удельное поверхностное сопротивление изоляции.
  • Категория перенапряжения: Определение числа состояние переходного перенапряжения; категории включают I, II, III и IV. Операционная категория является функцией высшей Действующее значение рабочего напряжения в системе.
  • Длина пути утечки: Кратчайшее расстояние по поверхность твердого изоляционного материала между двумя токопроводящими частями.
  • Клиренс: Наименьшее расстояние в воздухе между двумя токопроводящими частями.

Полная интерпретация IEC 60664-1 и соответствующие стандарты применительно к Изоляторы μModule выходят за рамки эта статья. Тем не менее, таблица 4 суммирует некоторые ключевые параметры для Изоляторы μModule часто указываются на компонентах листы данных.Стоит отметить, что пути утечки и зазоры модули LTM2881 и LTM2882 значительно превышают требования к номинальной рабочее напряжение для всех категорий изоляции, степени загрязнения, категории перенапряжения, и группы материалов. Для компонентов классифицируется с базовым уровнем изоляции нет минимального расстояния через изоляция. Дополнительные и усиленные Системы изоляции требуют расстояния 400 мкм, либо они должны соответствовать типу (кондиционный образец) и рутинный (производственный) требования к испытаниям на частичный разряд и / или диэлектрической стойкости.μМодуль изоляторы считаются базовой изоляцией системы на номинальное рабочее напряжение.

Таблица 4. Категории изоляции
Параметр Состояние Спецификация
Группа базовой изоляции Группа материалов, 175 ≤ CTI <400 IIIa
Номинальное напряжение сети ≤ 150 В RMS I – IV
Класс установки Номинальное напряжение сети ≤ 300 В RMS I – III
Номинальное напряжение сети ≤ 400 В RMS * I – II

Искробезопасность - стандартное покрытие защита оборудования во взрывоопасных атмосферы.Требования к компонентам являются более строгими и включают ограничения для повышения температуры, максимальный ток, и накопление энергии реактивных компонентов чтобы предотвратить образование искр. В LTM2881 и LTM2882 подходят для уровень защиты «ic» для пиковых напряжений до 60В. Эти продукты соответствуют все требования по защите уровни «ia», «ib» и «ic», за исключением расстояние через твердую изоляцию.

Электрические переходные процессы рассматриваются в IEC 61000-4-2 (Электростатический разряд Помехоустойчивость), IEC 61000-4-4 (Устойчивость к электрическим токам). Переходные процессы) и IEC 61000-4-5 (скачок Иммунитет).Каждый из этих стандартов охватывает переходные события, которые похожи по своей природе и приблизительный другой реальный мир события, такие как удары молнии, проводящие прерывание цепи и обращение с устройством. Отличия переходных процессов лежат в пиках напряжения, длительности импульса, и частота повторения. В неизолированном системы с добавлением защитных компонентов часто требуется для защиты от переходные события. Правильное применение Изоляторы μModule обеспечивают изоляцию барьер для поглощения переходных процессов, устраняющий необходимость дополнительной защиты.

На рисунке 7 показан правильно настроенный испытательная установка, отвечающая требованиям EFT-тестирование. Испытания на скачки напряжения выполняются с сигнал подается непосредственно на экран. Генератор переходных процессов (всплесков) емкостный. подключен к экранированным линиям ввода / вывода LTM2881. Сцепное устройство изображен в виде второго щита длиной 0,5 метра по стандарту. Обратная сторона генератор пакетов привязан к логической стороне земля. Экран проводит переходные процессы к изолированной земле, затем через изоляцию барьер для возврата генератора.В паразитная индуктивность (L PAR ) должна быть минимизирована или некоторые переходные процессы связаны в сигнальные линии, уменьшая переходные эффективность иммунитета. Изоляция барьер прошел испытания и соответствует требованиям до уровня 4 (4 кВ) как для перенапряжения, так и для EFT.

Рисунок 7. Конфигурация теста EFT.

Проведено испытание электростатическим разрядом. непосредственно от контакта к контакту устройства. Барьерный ESD выполняется по любой логике боковой штифт к изолированному боковому штифту. LTM2881 и LTM2882 имеют HBM ± 8 кВ (человеческий модель кузова) Рейтинг ESD по любой логике боковой контакт ввода / вывода к изолированному боковому контакту ввода / вывода, и ± 10 кВ HBM, ± 8 кВ IEC, класс защиты от электростатических разрядов от любой изолированный боковой вывод питания, V CC2 или GND2, к выводу питания логической стороны, V CC , V L или GND.

Первый выпуск μModule от компании

Linear Technology изоляторы LTM2881 RS485 / RS422 трансивер плюс питание, а LTM2882 двойной приемопередатчик RS232 плюс питание. Оба предложить явные преимущества перед альтернативой решения, включая отличные общие отклонение режима, интегрированная высокая эффективность изолированное питание и низкий уровень электромагнитных помех. Более того, нет внешних компонентов, включая питание разделительные конденсаторы, обязательны. Каждый имеет отдельный источник питания логики входы для удобного подключения к низкому напряжению системы начиная с 1.62 В до 5,5 В.

Два основных варианта питания: предлагается от 3,0 В до 3,6 В и от 4,5 до 5,5 В, которые полностью независимы от питание логики. Доступны устройства в корпусах LGA и BGA с окружающим диапазон температур от 0ºC до 70ºC, От –40 ° C до 85 ° C и от –55 ° C до 105 ° C.

LTM2881, показанный на Рисунке 8, представляет собой Приемопередатчик 20 Мбит / с со встроенным выбираемым прерывание и 250 кбит / с уменьшено режим работы по скорости нарастания. Устройство включает один незафиксированный изолированный цифровой канал от изолированной стороны к логике сторона и имеет защиту ± 15 кВ HBM ESD на контактах интерфейса RS485.

Рис. 8. Изолированный приемопередатчик RS485 μModule LTM2881.

LTM2882, показанный на Рисунке 9, представляет собой двухканальный трансивер 1 Мбит / с с один незафиксированный изолированный цифровой канал от логики к изолированному боковая и ± 10 кВ HBM ESD-защита на контактах интерфейса RS232.

Рис. 9. Приемопередатчик LTM2882 с двойным интерфейсом RS232 μModule.

Приемопередатчик RS485 LTM2881 и LTM2882 двойной приемопередатчик RS232 использует линейный Технология Технология изолятора μModule объединить желаемые данные плюс мощность функции изоляции в прочном компактном корпусе система.Оба устройства имеют превосходное подавление переходных синфазных помех, устойчивость к магнитному полю, ESD и стойкость к переходным барьерам и изоляция продолжительность жизни. Методы изоляции сердечника могут применяться к широкому кругу приложений.

Сертификация UL1577 завершена. Процесс сертификации был инициирован для IEC 60747-5-2, в том числе поддержка планового (производственного) тестирования для частичная разрядка и сертификация Приемка компонентов CSA (Канада) Уведомление № 5A относительно IEC 60950-1.

Терминология изоляции и соответствующие меры безопасности были введены стандарты, чтобы помочь в применении линейной технологии Изоляторы μModule во всех отрасли. Изоляционные барьерные характеристики при постоянной оценке (т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *