高周波PCB技術 - トランスpcbとは

一、トランスPCBの技術原理

1.でんじのげんり

トランスPCBの設計は、コイル内の電流が変化すると、隣接するコイルに誘導起電力が発生するファラデー電磁誘導法則に基づいている。これは変圧器の仕事の基礎です。トランスPCBでは、1次コイルと2次コイルがコアを介して磁気結合され、電圧と電流の変換が実現される。

2.材料選択

トランスPCBは通常、フェライトや軟磁性複合材料などのコアとして磁性材料を使用する。これらの材料は高透磁率と低損失特性を有し、変圧器の効率向上に役立つ。また、PCB板材は良好な電気性能と機械性能を持つ必要があり、巻線材料は電流の大きさと周波数特性に応じて適切な線径と材質を選択する必要がある。

3.コイル設計

コイルはトランスPCBの主要な構成部分であり、PCB上に特定のパターンで印刷されている。コイルの設計には、変圧器の性能が設計要件を満たすことを確保するために、電流密度、コイル巻数、コイルのレイアウトを考慮する必要があります。PCBの各層間には巻線を相互接続するための「貫通孔」があり、巻線間の巻数は「貫通孔」を介して直列または並列に接続されている。

4.結合係数と周波数応答

結合係数は変圧器の一次コイルと二次コイルの間のエネルギー伝達効率を測定する指標である。トランスPCB設計では、コイルのレイアウトと巻数比を最適化することで結合係数を向上させる。周波数応答は変圧器PCBの物理的寸法とコイルの電気的特性に依存し、変圧器が所望の周波数範囲で良好な性能を持つことを確保するために動作周波数を考慮する必要がある。

5.熱管理と統合性

変圧器PCBは動作時に熱を発生するため、熱管理を考慮する必要がある。ヒートシンクを追加したり、放熱を支援するために熱伝導性の高い材料を使用したりする必要がある場合があります。トランスPCBの利点の1つは、システム全体の体積と重量を削減するために、他の電子部品と一緒に同じPCBに統合できる高集積度である。

図　PCBA

二、トランスPCBの製造技術

変圧器PCBの製造プロセスは複雑で精密なプロセスであり、設計、材料選択、切断、巻線、組立、溶接、テストなどを含む複数のステップに関連している。

設計：まず規格と要求に基づいて平面変圧器を設計する必要がある。これには、階数、変圧器のサイズと形状、巻線モード、その他の設計パラメータの決定が含まれます。

材料選択：PCB平面変圧器は独立した標準積層回路または小型多層PCBボードコンポーネントで構成することができ、または電源多層PCBボードに集積することができる。選択された材料は、巻線の多層（4〜12層）低高度（2〜3 mm）及び大電流要件を満たす必要がある。

切断と組立：珪素鋼片は変圧器の核心材料であり、前処理を経た後、設計要求に基づいて切断と組立を行う必要がある。この過程で、労働者たちは精密な切断工具と設備を使用して、シリコン鋼板のサイズと形状が要求に合致することを確保する必要がある。

巻線：巻線は変圧器のもう一つの重要な構成部分である。平面変圧器は一般的に高周波電力フェライト軟磁性材料で作られたE型、RM型、EC、ETD、EER型磁心を用いている。巻線中は、コイルの均一性と密着性を確保するために、コイルの張力と巻き速度を制御しなければならない。

絶縁処理：巻線が完了した後、トランスの安全性と信頼性を確保するために絶縁処理を行う必要があります。これには通常、絶縁塗料の塗布、絶縁テープや絶縁紙の使用などの措置が含まれています。

組立溶接：巻かれたコイルとコアを組み立て、溶接を行い、接続の堅牢性を確保する。

テストとデバッグ：最後に、トランスのテストとデバッグを行い、その性能が設計要件に合致することを確保する必要があります。これには、熱抵抗試験、漏れ感試験、電力密度試験などが含まれます。

品質検査：厳格な技術制御と品質検査を経てこそ、高品質のトランス製品を生産することができる。

三、トランスPCBの設計要点

1.レイアウト設計

6 kW大電力インバータPCB設計では、トランスのレイアウトが重要である。トランスをできるだけ電源部の近くに配置して、電源線の長さを減らして、抵抗とインダクタンスの影響を下げて、効率を高めなければならない。同時に、適切なフィンや放熱領域などの良好な放熱設計を考慮しなければならない。変圧器周辺のレイアウトは、システムや周辺の電子機器への影響を回避するために、電磁遮蔽と無線周波数干渉の低減を考慮しなければならない。

2.放熱設計

トランスは高出力運転時に大きな熱を発生するので、放熱器を設置するために十分な空間を残しておくか、周囲に良好な空気の流れがあることを確保して、トランスの過熱を回避しなければならない。銅ベースPCBまたはヒートシンクを使用して、熱が効果的に伝導し、放出されることを確保することができます。

3.配線とシールド

トランスの入力と出力端はできるだけ広く、短いPCB導線を使用し、抵抗とインダクタンスを減少し、損失を低減しなければならない。条件が許せば、トランスの周囲に地表面とシールドカバーを配置し、電磁放射と受信の干渉を効果的に減らすことができると考えられる。