Démystifier les transformateurs pour circuits imprimés - Un guide complet

Démystifier les transformateurs pour circuits imprimés - Un guide complet

Les transformateurs pour circuits imprimés (PCB) jouent un rôle essentiel dans les systèmes électriques, en augmentant ou en diminuant la tension en fonction des besoins pour la conversion de l'énergie.

Ce guide complet fournit un aperçu approfondi de ce que Transformateurs pour circuits imprimés sont, comment ils fonctionnent, leurs composants, les procédures d'essai et les facteurs qui guident la sélection du transformateur approprié pour votre application.

Table des matières
    Ajouter un en-tête pour commencer à générer la table des matières

    Qu'est-ce qu'un transformateur de circuit imprimé ?

    Un transformateur sur circuit imprimé est un transformateur construit directement sur une carte de circuit imprimé plutôt que comme un composant autonome séparé. Les bobines, le noyau et le câblage du transformateur sont gravés ou montés sur la carte pendant la fabrication du circuit imprimé plutôt que d'être fabriqués séparément.

    Transformateur PCB
    Transformateur PCB

    Les transformateurs pour circuits imprimés offrent la même fonctionnalité essentielle de conversion de tension, en augmentant ou en diminuant les tensions alternatives par induction électromagnétique. Cependant, l'intégration directe sur une carte imprimée permet des alimentations miniaturisées, une électronique compacte et une production efficace de cartes à haute densité.

    Les transformateurs pour circuits imprimés sont utilisés dans l'électronique grand public, les équipements médicaux, les appareils de télécommunication, les convertisseurs de puissance, le matériel audio et les systèmes de contrôle industriel. Leur gamme s'étend des petits transformateurs de signaux aux modèles de grande puissance, jusqu'à 300 W. La sélection et l'intégration correctes des transformateurs pour circuits imprimés sont essentielles à la performance des systèmes électriques.

    Brève introduction aux transformateurs pour circuits imprimés

    Quel est le matériau d'un transformateur pour circuits imprimés ?

    Les matériaux utilisés pour construire les transformateurs PCB sont les suivants :

    Bobinage en cuivre - Formé à partir d'un laminé gravé Traces de cuivre sur les couches du circuit imprimé.

    Noyau de ferrite - Fabriqué en céramique ferromagnétique, il sert à concentrer et à canaliser le flux magnétique.

    Substrat de PCB - En général FR-4 verre époxy. Les matériaux de qualité électrique évitent les interférences.

    Soudure - Utilisé pour les terminaisons de bobines et le matériel de montage. Avec ou sans plomb.

    Composé d'empotage - Les bobines sont entièrement enrobées d'époxy pour les protéger et les stabiliser.

    Matériel de montage - Des entretoises, des vis et des rondelles montent le noyau sur les bobines du circuit imprimé.

    Les transformateurs à circuit imprimé utilisent la haute densité de traçage et la fiabilité des circuits imprimés pour créer des bobinages de précision impossibles à réaliser avec un câblage manuel. Le processus de fabrication des circuits imprimés en couches intègre tous les éléments du transformateur dans un boîtier compact et durable.

    Comment fonctionne un transformateur sur un circuit imprimé ?

    Comment fonctionne un transformateur sur un circuit imprimé ?
    Comment fonctionne un transformateur sur un circuit imprimé ?

    Le principe de fonctionnement d'un transformateur sur un circuit imprimé suit la même induction électromagnétique qu'un transformateur autonome :

    ●Une tension alternative d'entrée est appliquée à l'enroulement primaire du transformateur.

    ●Ce courant d'entrée alternatif crée un flux magnétique fluctuant dans le noyau.

    ●Le flux changeant du noyau induit une tension variable dans l'enroulement secondaire.

    ●Le rapport des spires entre les enroulements fait monter ou descendre la tension en fonction du rapport des spires.

    L'entrée ●AC est ainsi convertie en une tension alternative de sortie différente.

    Sur un transformateur à circuit imprimé, les pistes de la bobine de cuivre remplacent les enroulements de fil pour former les circuits inductifs primaire et secondaire. Le champ magnétique fluctuant à l'intérieur du noyau de ferrite transforme la tension comme dans les transformateurs conventionnels.

    L'intégration directement sur la carte permet d'ajuster les largeurs de trace et les ratios de tours afin de créer des transformateurs PCB extrêmement compacts et personnalisables allant de milliwatts à des centaines de watts.

    Quels sont les composants d'un transformateur de circuit imprimé ?

    Les transformateurs de circuits imprimés contiennent les principaux composants et sous-ensembles suivants :

    Circuit imprimé (PCB)
    Constitue la base sur laquelle tous les éléments et connexions électriques sont montés. Il contient les enroulements de cuivre plat gravés avec précision qui remplacent les bobines de fil standard. Le substrat du PCB isole électriquement et sécurise les composants.

    Cœur de métier
    Le noyau de ferrite fournit un chemin contrôlé pour canaliser le flux magnétique généré par le courant passant à travers les enroulements de cuivre. Les configurations typiques des noyaux sont les noyaux E, les tores et les combinaisons E-I. La géométrie du noyau et les propriétés du matériau influencent fortement les capacités de transfert de puissance.

    Enroulements de la bobine
    Les traces de cuivre stratégiquement formées et acheminées sur le circuit imprimé constituent les enroulements conducteurs du transformateur. Il peut y avoir de 2 à 4 bobines ou plus selon la topologie du transformateur. La largeur, la longueur et le nombre de spires des pistes déterminent l'inductance.

    Terminaisons
    Des pastilles soudables exposées, reliées à chaque bobine, permettent d'établir des connexions entre le transformateur intégré au circuit imprimé et les composants ou circuits externes. Les terminaisons ancrent électriquement le transformateur à la carte la plus large.

    Matériel de montage
    Des entretoises, des rondelles, des vis et parfois des pinces à ressort fixent mécaniquement le noyau de ferrite fermement sur les enroulements du circuit imprimé situés en dessous. Cela crée une géométrie de noyau fermé, essentielle pour concentrer les champs de flux magnétiques pour l'induction.

    Produit d'empotage
    Dans les environnements à fortes vibrations ou les applications à haute tension, les transformateurs sont complètement encapsulés dans un composé d'enrobage époxydique. Cela permet d'isoler électriquement les enroulements et de les protéger contre les contaminants environnementaux. L'enrobage augmente la fiabilité.

    Blindage électrique
    Certains transformateurs de précision pour signaux de faible niveau intègrent des cages de Faraday mises à la terre autour des bobines afin de minimiser les interférences inductives provenant des composants et circuits de la carte de circuit imprimé situés à proximité. Cela permet une isolation malgré un espacement réduit.

    Isolation
    Un isolant fin comme le ruban Kapton, l'isolation des fils ou les enveloppes en plastique empêchent les courts-circuits accidentels entre les bobines serrées et d'autres surfaces conductrices. L'isolation résiste aux températures extrêmes.

    Refroidissement
    Les transformateurs de grande puissance à circuit imprimé peuvent comporter des dissipateurs de chaleur, des patins de refroidissement, des coupures de flux d'air ou d'autres dispositifs de gestion thermique afin d'éviter les hausses de température excessives pendant le fonctionnement continu à charge nominale.

    Quelle est la différence entre les transformateurs PCB et les transformateurs non PCB ?

    Difference Between PCB and Non-PCB Transformers
    Difference Between PCB and Non-PCB Transformers

    There are some key differences between PCB transformers and conventional
    standalone wired transformers:

    ●Coil Material – PCB transformers create windings from flat copper foil traces on board layers rather than using individually insulated magnet wire windings. This allows winding geometries and densities not feasible by manual winding.

    ●Automated Production – PCB transformers are manufactured on automated Lignes SMT capable of extremely high volume production. This compares to standalone transformers being manually wound and assembled. The consistency benefits manufacturing.

    ●Miniaturization – The printed trace construction permits much more tightly packed windings with precise dimensional control. This enables extreme miniaturization down to transformer heights as little as 3-5mm – not achievable with wound bobbins.

    ●Integrated Manufacturing – PCB transformers combine into the normal printed circuit board production process rather than requiring later discrete transformer installation. This streamlines and automates manufacturing.

    ●Customization – PCB CAD allows fully customizing winding patterns, trace widths, turns ratios, and other parameters for optimization. Hand-wound bobbins are far less configurable.

    ●Cost – At high production volumes, PCB transformer costs can be significantly lower than discrete counterparts when factoring in automated manufacturing savings. However, cost is similar at lower quantities.

    The automated printed board fabrication yields higher precision, smaller size, and full customization compared to manual winding methods. But the power transfer physics remain identical.

    Comment tester un transformateur de circuit imprimé ?

    PCB transformers can be tested for both manufacturing defects and design performance deviations using different methods:

    ● Vérification des règles de conceptionPCB design software verifies critical design rules like trace spacing, clearances between layers, etc. are strictly followed to avoid short circuits. This validates manufacturability.

    ● Contrôle de continuité – A multimeter or ohmmeter checks for any open circuits or shorted loops in the winding traces indicating potential cracks or manufacturing flaws in conductors. Verifies electrical integrity.

    ● Vérification de la phase – Apply an AC voltage to the primary coil contacts and probe the secondary to ensure the phase relationships match expectations. Confirms windings are correctly wired in PCB layers.

    ● Test du ratio de rotation – Applying a fixed low voltage AC to the primary winding while probing the secondary allows validating the expected transformer turns ratio is accurately achieved, indicative of proper winding patterns.

    ● Vérification de l'inductance – An inductance meter can quantify the precise inductance both the primary and secondary windings exhibit. The measured inductances should fall within the acceptable tolerance of design targets.

    ● Test de flux magnétique – A current probe confirms strong magnetic flux fields exist around the ferrite core when the transformer runs at nominal input voltage and load. Measures electromagnetic performance.

    ● Essais d'isolation – A megohm meter verifies the insulation resistance levels between transformer windings and core meet minimum design criteria to avoid short circuit failures during operation.

    ● Test de l'hipotame – High potential testing stresses insulation to levels above maximum operating voltages, validating the design withstands transient spikes without arcing or dielectric breakdown.

    How do you Identify a PCB Transformer?

    How do you Identify a PCB Transformer
    How do you Identify a PCB Transformer

    Verifying the presence and specifications of a PCB transformer requires identifying key physical features and markings:

    ●Printed coils are visible on the board surface instead of wires. May be partially concealed under epoxy potting.

    ●A ferrite core is mounted over the PCB, often with an E, toroid, or EE shape.
    Standoffs secure it in place.

    ●Primary and secondary coil termination points are marked on circuit schematics with symbols for a transformer.

    ●Component reference designator like “T1” or “XFMR1” identifies the transformer on PCB silkscreens and schematics.

    ●Transformer specifications like input and output voltages, turns ratio, power rating, inductance values, insulation class, etc. provided on a component datasheet.

    ●Warning symbols indicate isolation boundaries and high voltage hazards for high voltage PCB power transformers.

    Understanding the telltale physical construction and identifying the printed coils and ferrite core verifies the presence of a PCB transformer versus a discrete wired transformer. Checking reference designators and specifications confirms transformer properties.

    How do you Choose a PCB Transformer?

    Selecting the optimal PCB transformer for a particular application requires evaluating numerous design factors and tradeoffs:

    ●Input/Output Voltages – The transformer must provide an adequate turns ratio to properly step up or down between the source input voltage and target load output voltage. Tolerances must be considered.

    ●Output Power – The continuous load current flowing through the transformer multiplied by voltage difference dictates the minimum output power rating needed to avoid magnetic saturation.

    ●Frequency – The transformer’s usable frequency range must comfortably envelope the driving circuit frequency for efficient power transfer. Higher frequencies demand more leakage inductance control.

    ●Efficiency – Higher transformer efficiency reduces wasted power dissipated as heat while maximizing usable power transfer to the load. This improves reliability while minimizing cooling needs.

    ●Size – The core and winding footprint must allow sufficient spacing and creepage distances between high and low voltage circuits for safety certifications. Footprint limits may constrain power capacity.

    ●Insulation Class – The breakdown voltage and isolation requirements dictate insulation selections to handle maximum transient voltage spikes without dielectric failure or arcing. Noise immunity also factors.

    ●Environment – Transformers must withstand temperature extremes, humidity, mechanical shock and vibration expected over the application environment range. Potting and coatings protect against contaminants.

    ●Certifications – Safety, emissions, and regulatory certifications like EN, UL, FCC required by the application may necessitate design restrictions and compliance testing. Certification costs increase with power levels.

    ●Cost – The total transformer cost balancing performance, size, features, testing requirements, and manufacturing considerations against budget constraints. Incremental improvements add expense.

    Working closely with an experienced PCB transformer manufacturer ensures making the optimal transformer choice balancing technical needs and commercial considerations.

    Conclusion

    PCB transformers represent a specialized class of miniature transformers fabricated through printed circuit board production methods.

    By understanding their construction, functions, testing, identification, and selection criteria, electrical engineers can effectively integrate these essential devices into all manner of electronic equipment for reliable power conversion.

    The customizability and miniaturization afforded by PCB manufacturing techniques will continue fueling innovative transformer designs.

    FAQ - à propos du PCB

    Un transformateur sur circuit imprimé est un transformateur construit directement sur une carte de circuit imprimé plutôt que comme un composant autonome séparé. Les bobines, le noyau et le câblage du transformateur sont gravés ou montés sur la carte pendant la fabrication du circuit imprimé plutôt que d'être fabriqués séparément.

    • Bobinage en cuivre
    • Noyau de ferrite
    • Substrat de PCB
    • Soudure
    • Composé d'empotage
    • Matériel de montage

    ● Vérification des règles de conception

    ● Contrôle de continuité

    ● Vérification de la phase

    ● Test du ratio de rotation

    ● Vérification de l'inductance

    ● Test de flux magnétique

    ● Essais d'isolation

    ● Test de l'hipotame

    Postes connexes

    Postes connexes

    Carte d'impédance PCB - Tout ce qu'il faut savoir

    Carte d'impédance PCB - Tout ce qu'il faut savoir

    Les cartes d'impédance pour circuits imprimés constituent l'épine dorsale des systèmes électroniques de haute performance, où l'intégrité du signal règne en maître. Ces cartes de circuits imprimés spécialisées sont méticuleusement conçues et fabriquées ...
    Comment installer une résistance sur un circuit imprimé ?

    Comment installer une résistance sur un circuit imprimé ?

    L'application de résistances sur un circuit imprimé (PCB) est un aspect important de la conception des circuits. La résistance est un composant utilisé pour limiter la ...
    Déballage de l'assemblage de circuits imprimés SMT - Technologie de montage en surface

    Déballage de l'assemblage de circuits imprimés SMT - Technologie de montage en surface

    Cet article démystifie ce qui définit les processus d'assemblage de circuits imprimés SMT, les machines, les structures de coûts, les avantages par rapport à leurs prédécesseurs et les stratégies de sélection des partenaires de fabrication.
    Comparaison entre la fabrication conventionnelle de circuits imprimés et le prototypage rapide de circuits imprimés - une comparaison détaillée

    Comparaison entre la fabrication conventionnelle de circuits imprimés et le prototypage rapide de circuits imprimés - une comparaison détaillée

    Dans le paysage en constante évolution de l'électronique, la création de cartes de circuits imprimés (PCB) est un aspect essentiel du développement des produits. Qu'il s'agisse de produits de consommation ...
    IBE Electronics vous donne rendez-vous au CES (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics vous donne rendez-vous au CES (Consumer Electronics Show) 2024

    En tant qu'un des fabricants ODM/OEM mondiaux avec une base de fabrication de masse, IBE vous invite à visiter notre stand 2012&2014 et notre stand 2929 le ...
    Demander un devis

    Laissez un commentaire

    Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

    fr_FRFrench
    Défilement vers le haut