No fa gaire, un enginyer d'un fabricant d'equips industrials es va acostar a Wuxi Huipu Electronics Co., Ltd. amb el que semblava una pregunta senzilla.
"Estem redissenyant un dels nostres sistemes de control. Hem de continuar utilitzant un transformador toroidal o és hora de canviar a un transformador de PCB?"
A primera vista, la resposta semblava òbvia. El client volia un recinte més petit, un cost de producció més baix i un muntatge automatitzat de PCB, de manera que un transformador de PCB semblava l'opció natural.
Però després de revisar l'aplicació, recomanem mantenir el transformador toroidal.
El motiu era senzill. L'equip funcionava contínuament en un entorn d'alimentació de CA de baixa-freqüència on l'eficiència, el baix soroll i l'estabilitat tèrmica a-a llarg termini importaven molt més que la mida compacta.
Aquest projecte il·lustra perfectament per què els transformadors de PCB i els transformadors toroidals no són competidors. Estan dissenyats per a problemes d'enginyeria completament diferents.
Tot i que tots dos es basen en la inducció electromagnètica, la seva filosofia de disseny, freqüència de funcionament i aplicacions són fonamentalment diferents. Escollir entre ells és menys sobre quin transformador és "millor" i més sobre quin s'adapta al vostre disseny electrònic.
La diferència més gran comença amb la freqüència de funcionament.
Normalment, un transformador de PCB està dissenyat per a circuits de commutació d'alta -freqüència. La majoria s'utilitzen dins de fonts d'alimentació de commutació que funcionen des de desenes de kilohertz fins a diversos centenars de kilohertz. Com que la freqüència de funcionament és alta, el nucli magnètic pot ser molt més petit tot transferint la potència necessària. Això permet als enginyers construir fonts d'alimentació compactes que s'adapten directament a les plaques de circuit imprès.
Un transformador toroidal funciona en un entorn completament diferent. La majoria dels transformadors toroidals funcionen directament des de la xarxa de CA de 50 Hz o 60 Hz. Com que el funcionament de baixa-freqüència requereix un nucli magnètic molt més gran, els transformadors toroidals són físicament més grans, però ofereixen una excel·lent eficiència, una tensió de sortida estable i una radiació electromagnètica extremadament baixa.
Aquesta diferència per si sola determina on s'utilitza normalment cada transformador.
Els transformadors de PCB es troben habitualment en fonts d'alimentació de commutació, controladors industrials, equips de comunicació, productes per a la llar intel·ligent, electrònica mèdica i dispositius de consum compactes on l'espai de la placa és limitat i el muntatge automatitzat és essencial.
Els transformadors toroidals s'utilitzen més habitualment en amplificadors d'àudio, equips de laboratori, instruments mèdics, fonts d'alimentació industrials i altres sistemes on la conversió d'energia de CA de baixa-freqüència, un funcionament silenciós i una llarga vida útil són prioritats.
La construcció física també reflecteix aquests diferents objectius.
Un transformador de PCB està dissenyat per soldar-se directament a la placa de circuit. Passa a formar part del conjunt de PCB, simplificant la fabricació i reduint el cablejat. Les modernes línies de producció automatitzades i SMT depenen molt d'aquest tipus de transformadors perquè admeten una fabricació eficient-de gran volum.
Normalment, un transformador toroidal es munta per separat dins del xassís de l'equip. El seu nucli laminat-en forma d'anell minimitza les fuites magnètiques i produeix una excel·lent eficiència, però requereix operacions de muntatge, cablejat i muntatge mecànics addicionals.
El rendiment tèrmic és una altra consideració important.
A les fonts d'alimentació d'alta-freqüència, els transformadors de PCB generen relativament poca calor perquè els nuclis de ferrita funcionen de manera eficient a freqüències de commutació elevades. Tanmateix, com que estan muntats directament al costat de components electrònics sensibles, el seu augment de temperatura encara s'ha de gestionar amb cura.
Els transformadors toroidals, encara que són físicament més grans, dissipen molt bé la calor a causa de la seva gran superfície i la seva estructura magnètica eficient. Sovint es mantenen notablement freds durant el funcionament continu, la qual cosa explica per què s'utilitzen àmpliament en equips que s'espera que funcionin durant molts anys sense interrupcions.
La interferència electromagnètica és una altra àrea on els enginyers sovint comparen les dues.
Els transformadors toroidals són famosos pel seu camp magnètic dispers extremadament baix. El seu camí magnètic tancat minimitza la radiació electromagnètica, el que els fa ideals per a equips analògics sensibles, com ara amplificadors d'àudio i sistemes de mesura de precisió.
Els transformadors de PCB, especialment els utilitzats en fonts d'alimentació de commutació, funcionen naturalment en entorns de freqüència molt més alta. El seu rendiment electromagnètic depèn en gran mesura del disseny del bobinat, la disposició de la PCB i el disseny del circuit circumdant. A Wuxi Huipu Electronics Co., Ltd., el nostre equip d'enginyers presta especial atenció a la inductància de fuites, la disposició dels bobinatges i l'estructura d'aïllament perquè aquests factors influeixen significativament en el rendiment EMI.
Sovint es parla del cost, però mai no s'ha de veure de manera aïllada.
Un transformador toroidal estàndard pot semblar menys costós en algunes aplicacions, però el cablejat addicional, el muntatge mecànic i el temps d'instal·lació augmenten el cost total de fabricació. Per contra, un transformador de PCB pot reduir significativament el treball de muntatge perquè s'instal·la directament durant la producció de PCB.
Per als fabricants OEM que produeixen milers d'unitats cada mes, aquests estalvis de muntatge solen ser més importants que el preu dels components.
Un error que veiem de tant en tant és intentar substituir un transformador toroidal per un transformador de PCB simplement per reduir la mida del producte. Tot i que això pot funcionar en determinades aplicacions de fonts d'alimentació de commutació, poques vegades té èxit en sistemes d'alimentació de CA de baixa-freqüència. De la mateixa manera, substituir un transformador de PCB d'alta-freqüència per un transformador toroidal canviaria completament l'arquitectura de la font d'alimentació.
El transformador s'ha de seleccionar sempre segons el disseny elèctric-no al revés.
Quan els clients ens pregunten quin transformador haurien de triar, poques vegades comencem parlant del transformador en si.
En canvi, fem una sèrie de preguntes diferent.
Quina és la tensió d'entrada?
La font d'alimentació és lineal o canviant?
Quant espai de tauler hi ha disponible?
El producte requereix un muntatge automatitzat de PCB?
Quins són els requisits tèrmics i EMC?
Només després d'entendre l'aplicació completa, recomanem la tecnologia de transformador adequada.
Després de donar suport als fabricants d'equips electrònics de totes les indústries durant molts anys, hem descobert que el millor transformador mai està determinat per l'aparença o la popularitat. Es determina per com s'ajusta als requisits elèctrics, mecànics i de fabricació del producte final.
Un transformador de PCB permet sistemes electrònics d'alta freqüència compactes i eficients.
Un transformador toroidal ofereix una eficiència excepcional, un funcionament silenciós i una fiabilitat en aplicacions de potència de baixa-freqüència.
Cap dels dos és universalment millor.
L'elecció correcta és simplement la que permet que el vostre disseny electrònic funcioni exactament com es pretén.