Не тако давно, инжењер из произвођача индустријске опреме обратио се Вуки Хуипу Елецтроницс Цо., Лтд. са нечим што је изгледало као једноставно питање.
„Редизајнирамо један од наших контролних система. Да ли да наставимо да користимо тороидни трансформатор или је време да пређемо на ПЦБ трансформатор?“
На први поглед, одговор је изгледао очигледан. Купац је желео мање кућиште, ниже трошкове производње и аутоматизовану монтажу ПЦБ-а, тако да је трансформатор ПЦБ-а изгледао као природан избор.
Али након прегледа апликације, препоручили смо да задржите тороидни трансформатор.
Разлог је био једноставан. Опрема је непрекидно радила у окружењу ниске{1}}наизменичне струје где су ефикасност, ниска бука и дуготрајна{2}}термичка стабилност били важнији од компактне величине.
Овај пројекат савршено илуструје зашто ПЦБ трансформатори и тороидни трансформатори нису конкуренција. Дизајнирани су за потпуно различите инжењерске проблеме.
Иако се оба ослањају на електромагнетну индукцију, њихова филозофија дизајна, радна фреквенција и апликације су фундаментално различите. Бирање између њих је мање о томе који је трансформатор "бољи" а више о томе који одговара вашем електронском дизајну.
Највећа разлика почиње са радном фреквенцијом.
Трансформатор ПЦБ-а је обично дизајниран за високо{0}}кола за пребацивање. Већина се користи унутар прекидачких извора напајања који раде од десетина килохерца до неколико стотина килохерца. Пошто је радна фреквенција висока, магнетно језгро може бити много мање док и даље преноси потребну снагу. Ово омогућава инжењерима да направе компактна напајања која се уклапају директно на штампане плоче.
Тороидални трансформатор ради у потпуно другачијем окружењу. Већина тороидних трансформатора ради директно из мреже наизменичне струје од 50Хз или 60Хз. Пошто нискофреквентни рад захтева много веће магнетно језгро, тороидни трансформатори су физички већи, али нуде одличну ефикасност, стабилан излазни напон и изузетно ниско електромагнетно зрачење.
Ова разлика сама одређује где се сваки трансформатор обично користи.
ПЦБ трансформатори се обично налазе у прекидачким изворима напајања, индустријским контролерима, комуникационој опреми, производима за паметне куће, медицинској електроници и компактним потрошачким уређајима где је простор на плочи ограничен и аутоматизована монтажа је неопходна.
Тороидни трансформатори се чешће користе у аудио појачавачима, лабораторијској опреми, медицинским инструментима, индустријским изворима напајања и другим системима где су приоритет ниско{0}}конверзија наизменичне струје, тих рад и дуг радни век.
Физичка конструкција такође одражава ове различите циљеве.
ПЦБ трансформатор је дизајниран за лемљење директно на штампану плочу. Постаје део склопа ПЦБ-а, поједностављујући производњу и смањујући ожичење. Савремени СМТ и аутоматизоване производне линије се у великој мери ослањају на овај тип трансформатора јер подржава ефикасну-производњу великог обима.
Тороидални трансформатор се обично монтира одвојено унутар шасије опреме. Његово ламинирано језгро у облику прстена-минимизира магнетно цурење и даје одличну ефикасност, али захтева додатну механичку монтажу, ожичење и монтажу.
Топлотне перформансе су још један важан фактор.
У високо{0}}напајањима за напајање, ПЦБ трансформатори генеришу релативно мало топлоте јер феритна језгра ефикасно раде на високим фреквенцијама пребацивања. Међутим, пошто се монтирају директно поред осетљивих електронских компоненти, њиховим порастом температуре се и даље мора пажљиво управљати.
Тороидни трансформатори, иако су физички већи, изузетно добро одводе топлоту због своје велике површине и ефикасне магнетне структуре. Често остају изузетно хладни током непрекидног рада, што објашњава зашто се широко користе у опреми за коју се очекује да ради много година без прекида.
Електромагнетне сметње су још једна област у којој инжењери често упоређују то двоје.
Тороидни трансформатори су познати по изузетно ниском магнетном пољу. Њихова затворена магнетна путања минимизира електромагнетно зрачење, што их чини идеалним за осетљиву аналогну опрему као што су аудио појачала и системи за прецизно мерење.
ПЦБ трансформатори, посебно они који се користе у прекидачким изворима напајања, природно раде у окружењима са много вишим фреквенцијама. Њихове електромагнетне перформансе у великој мери зависе од дизајна намотаја, распореда ПЦБ-а и дизајна околног кола. У Вуки Хуипу Елецтроницс Цо., Лтд., наш инжењерски тим обраћа посебну пажњу на индуктивност цурења, распоред намотаја и структуру изолације јер ови фактори значајно утичу на перформансе ЕМИ.
Често се расправља о трошковима, али их никада не треба посматрати изоловано.
Стандардни тороидни трансформатор може изгледати јефтинији у неким апликацијама, али додатно ожичење, механичка монтажа и време инсталације повећавају укупне трошкове производње. Насупрот томе, трансформатор ПЦБ-а може значајно смањити рад на монтажи јер се инсталира директно током производње ПЦБ-а.
За ОЕМ произвођаче који производе хиљаде јединица сваког месеца, те уштеде на монтажи често постају важније од саме цене компоненте.
Једна грешка коју повремено видимо је покушај замене тороидног трансформатора са ПЦБ трансформатором једноставно да би се смањила величина производа. Иако ово може да функционише у одређеним апликацијама за прекидачко напајање, ретко успева у нискофреквентним системима за напајање наизменичном струјом. Исто тако, замена високо{3}}трансформатора ПЦБ-а са тороидним трансформатором би у потпуности променила архитектуру напајања.
Трансформатор увек треба да буде изабран у складу са електричним дизајном-а не обрнуто.
Када нас купци питају који трансформатор треба да изаберу, ретко почињемо разговором о самом трансформатору.
Уместо тога, постављамо другачији низ питања.
Колики је улазни напон?
Да ли је напајање линеарно или прекидачко?
Колико је простора на табли доступно?
Да ли производ захтева аутоматизовану монтажу ПЦБ-а?
Који су термички и ЕМЦ захтеви?
Тек након разумевања комплетне примене препоручујемо одговарајућу технологију трансформатора.
Након што смо годинама подржавали произвођаче електронске опреме у различитим индустријама, открили смо да најбољи трансформатор никада није одређен изгледом или популарношћу. Одређује се колико добро одговара електричним, механичким и производним захтевима финалног производа.
ПЦБ трансформатор омогућава компактне, ефикасне{0}}електронске системе високе фреквенције.
Тороидални трансформатор пружа изузетну ефикасност, тих рад и поузданост у нискофреквентним апликацијама напајања.
Ни једно ни друго није универзално боље.
Прави избор је једноставно онај који омогућава да ваш електронски дизајн ради тачно онако како је предвиђено.