ترانسفورماتورهای الکترونیکی چگونه مینیاتوری می شوند؟

کوچک‌سازی ترانسفورماتورهای الکترونیکی به‌عنوان یکی از اجزای اصلی منابع تغذیه حالت سوئیچ{0}}(SMPS)، کلیدی برای ایجاد سبک وزن و چگالی توان بالای SMPS است. ترانسفورماتورهای الکترونیکی با استفاده از{2}}فناوری فرکانس بالا، نوآوری مواد، بهینه سازی ساختاری و ارتقای فرآیند، می توانند اندازه خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهند و در عین حال از راندمان تبدیل انرژی و قابلیت اطمینان اطمینان حاصل کنند و با الزامات طراحی فشرده لوازم الکترونیکی مصرفی، وسایل نقلیه انرژی جدید، سرورهای هوش مصنوعی و سناریوهای دیگر سازگار شوند. مسیر کوچک سازی آنها یک سیستم فناوری چند بعدی- را تشکیل داده است.

عملیات با فرکانس بالا، پایه فیزیکی اصلی کوچک سازی ترانسفورماتور الکترونیکی است. طبق فرمول القای الکترومغناطیسی، وقتی ولتاژ و چگالی شار مغناطیسی هسته ثابت است، فرکانس کاری با تعداد چرخش‌های سیم پیچ و سطح مقطع هسته نسبت عکس دارد. ترانسفورماتورهای فرکانس توان سنتی تنها با فرکانس 50/60 هرتز کار می کنند و به هسته های ضخیم و سیم پیچ های متعدد نیاز دارند. در حالی که ترانسفورماتورهای الکترونیکی با استفاده از دستگاه های نیمه هادی نسل سوم مانند GaN و SiC می توانند فرکانس کاری را به ده ها کیلوهرتز تا چندین مگاهرتز افزایش دهند و تعداد چرخش های سیم پیچ و اندازه هسته را به میزان قابل توجهی کاهش دهند. به عنوان مثال، از نظر تئوری، افزایش فرکانس از 20 کیلوهرتز به 200 کیلوهرتز می تواند صدا را به 1/10 اندازه اصلی کاهش دهد. همراه با یک آداپتور شارژ سریع{13}برای تلفن‌های همراه با فرکانس سوئیچینگ سطح مگاهرتز{14}}، این کار می‌تواند به طراحی فشرده در سطح کارت اعتباری{15}} دست یابد. با این حال، توجه به کاهش بازده فرکانس‌های بالاتر مهم است. افزایش بیش از حد فرکانس می‌تواند منجر به افزایش تلفات شود که به تعادل بین مواد و فرآیندها برای دستیابی به عملکرد مطلوب نیاز دارد.

مواد اصلی جدید و طرح‌های ساختاری پشتیبانی عملکردی را برای کوچک‌سازی فراهم می‌کنند. هسته جزء اصلی یک ترانسفورماتور الکترونیکی است که استفاده از مواد-با تلفات کم-با نفوذپذیری بالا را حیاتی می کند. برای کاربردهای فرکانس بالا، منگنز-فریت روی و هسته‌های آلیاژ آمورف/نانوکریستالی ترجیح داده می‌شوند، زیرا تلفات فرکانس بالا- آنها به طور قابل‌توجهی کمتر از ورق‌های فولادی سیلیکونی سنتی است. در ترکیب با طراحی شکاف مغناطیسی بهینه، اشباع مغناطیسی را می توان سرکوب کرد و افزایش دما را کنترل کرد و در عین حال حجم را کاهش داد. راه حل های پیشرفته از فناوری هسته هیبریدی استفاده می کنند که فریت و مواد نانو کریستالی را در یک صفحه مغناطیسی واحد ترکیب می کند. مواد تطبیقی ​​برای قدرت های میدان مغناطیسی مختلف در مناطق مختلف، تعادل تلفات، وزن و هزینه استفاده می شود. فرآیندهای قالب‌گیری یکپارچه مس{12}}هم‌آهن{12}}با پختن دوغاب مغناطیسی و دوغاب رسانای مس به هسته و سیم‌پیچ یکپارچه می‌رسند، که چگالی توان را به طور قابل‌توجهی بهبود می‌بخشد و نیازهای-جریان و کوچک{15} سرورهای هوش مصنوعی را برآورده می‌کند.

نوآوری ها در سیم پیچ و ساختار باعث فشرده شدن بیشتر فضا و بهینه سازی عملکرد می شود. سازه های ترانسفورماتور مسطح راه حل اصلی هستند که سیم پیچ های سیم سنتی را با سیم پیچ های مسطح فویل جایگزین می کنند. از طریق انباشتن PCB و چاپ، می توان ارتفاع را به میزان قابل توجهی کاهش داد، در حالی که مساحت اتلاف گرما را افزایش داد، اندوکتانس نشتی را کاهش داد و راندمان کوپلینگ را بهبود بخشید و آن را برای دستگاه های نازک مناسب می کند. طراحی یکپارچه ترانسفورماتورهای الکترونیکی و سلف ها را ادغام می کند. به عنوان مثال، در توپولوژی های تشدید LLC، القای تشدید در هسته ترانسفورماتور ادغام می شود و تعداد اجزا را کاهش می دهد در حالی که اندوکتانس نشتی را دقیقاً کنترل می کند و در نتیجه کاهش حجم بیش از 30٪ را به همراه دارد. ساختارهای یکپارچه سیم پیچی سه بعدی، با استفاده از نانو مواد مغناطیسی نرم، به دو مرتبه{9}}مغناطیسی{10}افزایش تراکم ناحیه مغناطیسی{11} در-روی{12}}تراشه‌های{12}رایحه القاگر{1}، یک راه حل کوچک القاگر{3} ارائه می‌کنند.

ارتقای فرآیند و بهینه‌سازی توپولوژی، پایه و اساس قابلیت اطمینان کوچک را محکم می‌کند. فرآیندهای تولید دقیق خودکار، قوام سیم پیچ را بهبود می بخشد و فضای اضافی را کاهش می دهد. فن‌آوری‌هایی مانند چاپ انباشته دقیق و فویل مسی{1}برش لیزری، رسانایی و قابلیت اطمینان عایق را در اندازه‌های کوچک تضمین می‌کنند. در همین حال، با بهینه‌سازی طراحی ترانسفورماتور بر اساس ویژگی‌های توپولوژی SMPS، ساختار چند سیم‌پیچ می‌تواند با نیازهای منبع تغذیه چند پورت سازگار شود و ساختار سیستم را ساده‌تر کند. ادغام مغناطیسی مبدل فرکانس دوگانه با ادغام القاگرهای-فرکانس بالا و{{7}فرکانس پایین، اندازه کلی را بیشتر کاهش می‌دهد. از طریق هم افزایی این فناوری‌ها، ترانسفورماتور الکترونیکی می‌تواند کارایی بالا و ویژگی‌های تداخل کم را حفظ کند و در عین حال اندازه آن را به میزان قابل توجهی کاهش دهد و به یک پشتیبانی اصلی برای طراحی منبع تغذیه دقیق مدرن تبدیل شود.