평면 변압기는 DC/DC 컨버터 설계에 도움이 됩니다

평면 변압기와 토로이달 변압기: 차이점은 무엇인가?

변압기는 모든 DC/DC 컨버터 설계의 핵심이며 전체 성능을 결정하는 데 가장 중요한 구성품입니다.

전통적으로 변압기와 인덕터는 권선 구성품입니다. 대량 생산되는 대부분의 저전력 DC/DC 컨버터 는 손으로 감은 토로이달 변압기를 사용합니다. 3mm 구멍이 있는 6mm만큼 작은 직경 코어를 가진 최대 6개의 개별 권선이 필요한 변압기용 자동 제조 공정을 개발하는 것은 매우 어렵습니다. RECOM과 같은 제조업체는 이러한 작은 토로이달 변압기를 제조하기 위해 자동 권선기를 개발했지만 이러한 솔루션을 찾기가 매우 어렵습니다.

평면 자기는 1980년대부터 존재했지만 처음에는 제조 공정이 엄청나게 비쌌기 때문에 평면 변압기는 특수 응용 분야 이외의 시장 침투가 제한되었습니다. 그러나 제조 기술이 발전함에 따라 평면 변압기의 비용이 감소하여 새로운 응용 분야 개발이 가능해졌습니다.

평면 변압기의 구성 및 설계

평면 변압기 또는 인덕터는 다층 인쇄회로기판(PCB)의 구리 레이어를 사용하여 권선을 형성합니다. 그림 1과 같이 페라이트 코어가 권선을 둘러싸고 있습니다. 필요한 턴 수를 만들기 위해 숨겨진 비아를 사용하여 하나의 PCB 레이어에서 다음 레이어로 연결을 형성합니다. 병렬로 연결된 여러 개의 비아는 유용한 소형 전력 변압기를 만들기에 충분한 전류를 전달할 수 있습니다.

그림 2는 숨겨진 비아로 연결된 두 개의 레이어를 적층하여 6턴 권선을 형성하는 방법을 보여줍니다. 이 배열이 권선의 두 끝을 페라이트 코어 외부에 편리하게 배치하는 방법을 관찰하십시오. 1차 권선과 2차 권선은 일반적으로 누설 인덕턴스를 줄이기 위해 인터리빙됩니다. PCB를 사용하면 매우 일관되고 자동 생산에 적합하게 해 주는 기계적으로 안정적인 권선 구조가 제공됩니다. 또한 다층 PCB 구조의 발전은 권선 사이의 에폭시 절연이 1차 회로와 2차 회로 사이의 높은 절연 전압을 견딜 수 있음을 의미합니다.

평면 설계는 설계팀과 제조팀에게 몇 가지 문제를 제기합니다. 다층 PCB에 여러 트레이스를 배치하는 것이 어렵다는 것은 복잡한 변압기가 필요하지 않은 DC/DC 컨버터 토폴로지에 평면 변압기가 가장 적합하다는 것을 의미합니다. 하프 브리지 토폴로지가 일반적인 선택지입니다.

그렇더라도 사용할 수 있는 레이어 수에는 실용적이고 비용적인 제한이 있으므로 평면 자기는 고주파 PWM 변조기와 드라이버 회로를 사용하여 필요한 턴 수와 레이어 수를 줄입니다. 이러한 더 높은 주파수로 인해 발생하는 표피 효과는 고주파가 일으키는 주요 문제입니다. 전하 운반체는 주파수가 증가함에 따라 도체 표면으로 점점 더 이동하여 유효 단면적이 감소하고 I2R 손실이 증가합니다. 도체의 평판형(직사각형) 디자인은 이러한 표피 효과를 상쇄할 수 있습니다.

다층 구조는 결합 정전 용량이 높아 고주파수 PWM 제어를 복잡하게 만듭니다. 종단 손실을 피하기 위해 평면 변압기와 관련 기존 회로 사이의 결합을 신중하게 관리해야 합니다. 코어 갭과 적층 권선의 근접성으로 인해 상당한 와전류 손실이 발생할 수 있으며 턴 수의 비율이 다르기 때문에 각 입력/출력 조합에 대해 별도의 PCB를 설계하고 테스트해야 합니다.

이러한 문제가 해결되면 평면 기술을 통해 대량의 전력을 전송할 수 있는 우수한 평판형 변압기를 구성할 수 있으므로 DC/DC 컨버터의 높이가 매우 낮을 수 있습니다. 그림 1의 100W 컨버터는 패키지 높이가 11mm(0.4”)입니다!

평면 설계의 다른 장점으로는 권선의 더 나은 열 분산, 고밀도 설계, 낮은 누설 인덕턴스, 더 높은 전력 밀도가 있습니다.

P평면 변압기는 더 낮은 전력 수준으로 이동

앞에서 설명한 이점으로 인해 평면 변압기는 고전력 DC/DC 컨버터 기술에서 없어서는 안 될 구성품이 되었지만 RECOM은 이제 평면 기술을 더 낮은 와트, 더 작은 크기의 컨버터에 통합하고 있습니다.

그림 3은 RS12-Z 조정된 DC/DC 시리즈의 외부 및 내부 구조를 보여줍니다. 본 제품은 스루홀, 매설 및 블라인드 비아가 있는 다층 PCB를 사용하여 경쟁 SIP8 제품보다 전력 밀도가 150% 향상된 초소형 SIP 패키지에 업계 최고의 12W 부품을 만듭니다.

이러한 조정된 설계는 변압기의 1차 측과 2차 측 모두에 집적회로(IC)를 통합했습니다. 1차 측 IC는 입력 범위가 넓은 푸시풀 변압기 드라이버입니다. 출력(2차) 측에는 정확한 부하 조정을 위한 동기식 벅 단계가 있습니다.

두 가지 제품군으로 시작하여 1W 및 2W DC/DC 설계도 파이프라인에 있습니다. RKK 시리즈 DC/DC 컨버터는 4kVDC/1s의 매우 높은 절연 으로 산업 시장에 제공됩니다. 부하경감 없이 -40°C~+105°C를 포괄하는 확장된 작동 온도 범위가 표준 기능으로 제공됩니다. 이 컨버터는 IEC/EN/UL62368-1 인증을 받았으며 IGBT 드라이버 응용 분야에 적합합니다.

RYK 시리즈 DC/DC 컨버터는 조정된 부하 독립적 출력을 제공하는 선형 레귤레이터가 내장된 저비용 범용 절연 컨버터입니다.

평면 변압기로 변경하면 수동 조립이 줄어들어 보다 자동화된 제조 공정이 가능해짐으로써 이러한 설계의 품질이 향상됩니다. 또한 다양한 전압을 수용하기 위해 변압기 권선을 변경할 필요가 없기 때문에 맞춤형 설계를 개발하기가 더 쉽습니다.

평면 변압기 기술 시대가 도래했으며 RECOM은 DC/DC 컨버터 제품 라인에 평면 변압기를 추가하여 이를 최대한 활용하고 있습니다.