Неотдавна инженер от производител на промишлено оборудване се обърна към Wuxi Huipu Electronics Co., Ltd. с въпрос, който изглеждаше ясен.
„Ние преработваме една от нашите системи за управление. Трябва ли да продължим да използваме тороидален трансформатор, или е време да преминем към трансформатор на печатна платка?“
На пръв поглед отговорът изглеждаше ясен. Клиентът искаше по-малък корпус, по-ниски производствени разходи и автоматизирано сглобяване на печатни платки, така че трансформаторът на печатни платки изглеждаше като естествен избор.
Но след като прегледахме заявлението, препоръчахме да запазим тороидалния трансформатор.
Причината беше проста. Оборудването работи непрекъснато в среда с променлив ток с ниска-честота, където ефективността, ниският шум и дългосрочната -термична стабилност са важни много повече от компактния размер.
Този проект перфектно илюстрира защо PCB трансформаторите и тороидалните трансформатори не са конкуренти. Те са предназначени за напълно различни инженерни проблеми.
Въпреки че и двете разчитат на електромагнитна индукция, тяхната философия на проектиране, работна честота и приложения са коренно различни. Изборът между тях е по-малко за това кой трансформатор е "по-добър" и повече за това кой отговаря на вашия електронен дизайн.
Най-голямата разлика започва с работната честота.
Трансформаторът за печатна платка обикновено е проектиран за-високочестотни превключващи вериги. Повечето се използват в импулсни захранвания, работещи от десетки килохерца до няколкостотин килохерца. Тъй като работната честота е висока, магнитната сърцевина може да бъде много по-малка, като същевременно пренася необходимата мощност. Това позволява на инженерите да създават компактни захранващи устройства, които да пасват директно върху печатни платки.
Тороидален трансформатор работи в напълно различна среда. Повечето тороидални трансформатори работят директно от 50Hz или 60Hz AC мрежа. Тъй като ниско{4}}честотната работа изисква много по-голямо магнитно ядро, тороидалните трансформатори са физически по-големи, но предлагат отлична ефективност, стабилно изходно напрежение и изключително ниско електромагнитно излъчване.
Само тази разлика определя къде обикновено се използва всеки трансформатор.
Трансформаторите за печатни платки обикновено се срещат в импулсни захранвания, промишлени контролери, комуникационно оборудване, интелигентни домашни продукти, медицинска електроника и компактни потребителски устройства, където пространството на платката е ограничено и автоматизираното сглобяване е от съществено значение.
Тороидалните трансформатори се използват по-често в аудио усилватели, лабораторно оборудване, медицински инструменти, промишлени захранвания и други системи, където ниско{0}}честотното променливотоково преобразуване, тихата работа и дългият експлоатационен живот са приоритети.
Физическата конструкция също отразява тези различни цели.
Трансформаторът на печатна платка е проектиран да бъде запоен директно върху печатната платка. Става част от монтажа на печатни платки, опростявайки производството и намалявайки окабеляването. Съвременните SMT и автоматизирани производствени линии разчитат в голяма степен на този тип трансформатор, тъй като той поддържа ефективно производство в голям-обем.
Тороидален трансформатор обикновено се монтира отделно в шасито на оборудването. Неговото пръстеновидно- ламинирано ядро минимизира магнитното изтичане и осигурява отлична ефективност, но изисква допълнителни операции по механичен монтаж, окабеляване и сглобяване.
Топлинните характеристики са друго важно съображение.
Във високо{0}}честотните захранвания, PCB трансформаторите генерират относително малко топлина, тъй като феритните сърцевини работят ефективно при високи честоти на превключване. Въпреки това, тъй като те са монтирани директно до чувствителни електронни компоненти, тяхното повишаване на температурата все пак трябва да се управлява внимателно.
Тороидалните трансформатори, макар и физически по-големи, разсейват топлината изключително добре поради голямата си повърхност и ефективната си магнитна структура. Те често остават забележително хладни по време на непрекъсната работа, което обяснява защо се използват широко в оборудване, за което се очаква да работи много години без прекъсване.
Електромагнитните смущения са друга област, в която инженерите често сравняват двете.
Тороидалните трансформатори са известни със своето изключително ниско разсеяно магнитно поле. Техният затворен магнитен път минимизира електромагнитното излъчване, което ги прави идеални за чувствително аналогово оборудване като аудио усилватели и системи за прецизно измерване.
Трансформаторите за печатни платки, особено тези, използвани в импулсни захранвания, естествено работят в среда с много по-висока честота. Тяхното електромагнитно представяне зависи в голяма степен от дизайна на намотките, оформлението на печатни платки и дизайна на околната верига. В Wuxi Huipu Electronics Co., Ltd., нашият инженерен екип обръща особено внимание на индуктивността на утечка, разположението на намотките и структурата на изолацията, тъй като тези фактори значително влияят на ефективността на EMI.
Разходите често се обсъждат, но никога не трябва да се разглеждат изолирано.
Стандартният тороидален трансформатор може да изглежда по-евтин в някои приложения, но допълнителното окабеляване, механичното сглобяване и времето за инсталиране увеличават общите производствени разходи. Обратно, трансформаторът на печатни платки може значително да намали труда при сглобяване, тъй като се инсталира директно по време на производството на печатни платки.
За OEM производителите, които произвеждат хиляди единици всеки месец, тези спестявания при монтаж често стават по-важни от самата цена на компонента.
Една грешка, която понякога виждаме, е опитът да се замени тороидален трансформатор с трансформатор на печатна платка, просто за да се намали размерът на продукта. Въпреки че това може да работи в определени приложения за импулсно захранване, рядко успява в ниско-честотни променливотокови захранващи системи. По същия начин замяната на високо{3}}честотен трансформатор на печатна платка с тороидален трансформатор би променила напълно архитектурата на захранването.
Трансформаторът винаги трябва да се избира според електрическия дизайн-а не обратното.
Когато клиентите ни питат кой трансформатор да изберат, ние рядко започваме с обсъждането на самия трансформатор.
Вместо това задаваме различна поредица от въпроси.
Какво е входното напрежение?
Линейно ли е захранването или импулсно?
Колко място на дъската е налично?
Продуктът изисква ли автоматизирано сглобяване на печатни платки?
Какви са изискванията за топлина и EMC?
Само след разбиране на цялостното приложение препоръчваме подходящата трансформаторна технология.
След като подкрепяхме производителите на електронно оборудване в различни индустрии в продължение на много години, открихме, че най-добрият трансформатор никога не се определя от външния вид или популярността. Определя се от това колко добре отговаря на електрическите, механичните и производствените изисквания на крайния продукт.
Трансформаторът на печатна платка позволява компактни, ефективни високочестотни-електронни системи.
Тороидален трансформатор осигурява изключителна ефективност, тиха работа и надеждност при ниско{0}}честотни захранващи приложения.
Нито едно от двете не е универсално по-добро.
Правилният избор е просто този, който позволява на вашия електронен дизайн да работи точно както е предвидено.