Planar Trafo Nedir? PCB Sargılı Transformatör
Kısa cevap Planar trafo nedir?
Planar trafo, sargıları tel yerine çok katmanlı bir PCB'nin spiral bakır yollarından oluşan ve alçak profilli ferrit çekirdekle birleştirilen transformatördür. Yassı yapısı, tekrarlanabilir kaçak endüktansı ve iyi ısı atımı sayesinde sunucu güç kaynaklarında, DC-DC modüllerde ve hızlı şarj adaptörlerinde kullanılır; genellikle 100 kHz – 1 MHz aralığında çalışır.
Klasik bir trafoda sargılar bir makaranın etrafına tel sarılarak yapılır. Planar trafoda ise sargılar çok katmanlı bir PCB'nin bakır yollarıdır; ferrit çekirdek bu kartı üstten ve alttan sıkıştırır. Sonuç, aynı güçte çok daha yassı, tekrarlanabilir ve ısıyı daha iyi atan bir trafodur. Sunucu güç kaynakları, telekom DC-DC modülleri, elektrikli araç şarj cihazları ve hızlı şarj adaptörleri planar trafo kullanan başlıca ürünlerdir. Bu yazıda planar trafonun ne olduğunu, nasıl tasarlandığını, PCB üretiminde nelere dikkat edildiğini ve üreticiye hangi bilgilerin verilmesi gerektiğini anlatıyoruz.
Planar trafo nasıl çalışır?
Çalışma prensibi sıradan bir trafoyla aynıdır: birincil sargıdaki değişen akım çekirdekte değişen bir manyetik akı oluşturur, bu akı ikincil sargıda gerilim indükler. Fark geometridedir. Sargılar, spiral şeklinde çizilmiş düz bakır yollardır ve her katmanda bir veya birkaç tur bulunur. Katmanlar via'larla seri veya paralel bağlanarak istenen sarım sayısı elde edilir. Çekirdek olarak genellikle alçak profilli E-I, E-E veya ER tipi ferrit parçalar kullanılır; kartta çekirdeğin orta ve yan bacaklarının geçeceği pencereler frezeyle açılır.
Planar trafolar genellikle 100 kHz – 1 MHz aralığında çalışır. Yüksek frekans, volt başına gereken sarım sayısını azalttığı için birkaç turluk PCB sargıları yeterli olur. Sarım sayısını trafo sarım hesaplama aracıyla, tek bir spiral sargının endüktansını PCB spiral bobin aracıyla tahmin edebilirsiniz.
Avantajları ve sınırları
| Avantaj | Açıklama |
|---|---|
| Düşük profil | Yükseklik tel sarımlı trafonun yarısına, hatta üçte birine iner; ince adaptörler ve 1U sunucu kaynakları mümkün olur. |
| Tekrarlanabilirlik | Sargılar fotoğraf yöntemiyle üretildiği için kaçak endüktans ve sargılar arası kapasite her üründe neredeyse aynıdır. |
| Isı atımı | Geniş, düz bakır yüzeyler ve çekirdeğin büyük yüzey/hacim oranı ısıyı kolay atar. |
| Düşük kaçak endüktans | Birincil ve ikincil katmanlar iç içe (interleaving) dizilerek kuplaj artırılır. |
Sınırları da vardır: sarım sayısı katman sayısıyla sınırlıdır, bu yüzden yüksek dönüştürme oranları zordur. Sargılar arasındaki büyük yüzey alanı sargılar arası kapasiteyi artırır ve ortak mod gürültüsüne yol açabilir. Çok katmanlı, kalın bakırlı kartın maliyeti düşük adetlerde tel sarımlı trafodan yüksektir; avantaj seri üretimde ve boyutun kritik olduğu ürünlerde belirginleşir.
Tasarımda dikkat edilecekler
- Katman sayısı ve sıralama: 4 – 12 katman yaygındır. Birincil (P) ve ikincil (S) katmanların P-S-P-S gibi iç içe dizilmesi kaçak endüktansı ve yakınlık etkisi kayıplarını azaltır.
- Bakır kalınlığı: Yüksek akımlı ikincil sargılar için 2 – 4 oz bakır tipiktir. Ancak yüksek frekansta deri kalınlığı (100 kHz'te ≈ 0,2 mm) nedeniyle çok kalın bakır her zaman fayda sağlamaz; bkz. kalın bakır PCB.
- Yalıtım mesafesi: Şebeke tarafı ile düşük gerilim tarafı arasındaki yalıtım, katmanlar arasındaki prepreg kalınlığıyla ve kart kenarındaki creepage mesafesiyle sağlanır. Güvenlik standartları, iç katmanlar arasında belirli bir en az yalıtım kalınlığı veya birden fazla prepreg katmanı ister. Yol aralığı hesaplama aracı IPC değerlerini verir; ürün sertifikası için ilgili güvenlik standardı esas alınmalıdır.
- Via yerleşimi: Katmanları bağlayan via'lar çekirdek penceresinin dışında kalmalı ve yüksek akım için yeterli sayıda olmalıdır; bkz. via akım hesaplama.
- Çekirdek pencereleri: Ferrit bacakların geçeceği açıklıklar freze ile açılır. Çekirdek toleranslarına göre birkaç yüz mikron pay bırakılır.
Planar trafo PCB'si için Gerber nasıl hazırlanır?
Standart bir çok katmanlı Gerber paketi yeterlidir: her bakır katman için ayrı Gerber, solder mask, silkscreen, kart dış hattı ve Excellon delik dosyası. Ek olarak şu bilgiler paketin içinde veya ayrı bir notta olmalıdır:
- Çekirdek pencerelerinin freze konturları (dış hat katmanında veya ayrı bir mekanik katmanda, açıkça etiketlenmiş).
- Katman sıralaması (stackup): Hangi Gerber dosyasının hangi katman olduğu, katmanlar arası dielektrik kalınlıkları ve her katmanın bakır kalınlığı.
- Birincil–ikincil arasındaki en az yalıtım kalınlığı ve gerekiyorsa prepreg katmanı sayısı.
- Hi-pot (yüksek gerilim yalıtım) testi isteniyorsa test gerilimi ve süresi.
Paketi göndermeden önce Gerber görüntüleyicide katmanları tek tek açıp spiral sargıların ve pencerelerin doğru yerleştiğini kontrol edin. Genel Gerber kuralları için Gerber dosyası hazırlama rehberine bakabilirsiniz.
Üreticiye verilmesi gereken bilgiler
| Bilgi | Örnek |
|---|---|
| Katman sayısı ve kart kalınlığı | 8 katman, 1,6 mm |
| İç ve dış katman bakır kalınlıkları | İç 2 oz, dış 2 oz (kaplama sonrası) |
| Stackup ve dielektrik kalınlıkları | P–S arası en az 0,2 mm, iki prepreg |
| Malzeme | FR-4 yüksek TG (TG170) — sargılar ısınacağı için |
| Freze ve pencere toleransları | ±0,1 mm |
| Yüzey kaplama | ENIG veya HASL |
| Elektriksel test | %100 E-test, isteğe bağlı hi-pot |
Sıkça sorulan sorular
Planar trafo ile planar bobin arasındaki fark nedir?
Planar bobinde tek bir sargı vardır ve enerji depolar; planar trafoda birden fazla sargı vardır ve enerjiyi bir sargıdan diğerine aktarır. İkisi de aynı PCB ve çekirdek yapısını kullanır.
Planar trafo standart bir PCB üreticisinde yaptırılabilir mi?
Sargı kartı, kalın bakırlı çok katmanlı bir PCB'dir; özel bir işlem gerektirmez, ancak bakır kalınlığı ve stackup'ın üreticinin kabiliyetleri içinde olması gerekir. Çekirdek ayrıca tedarik edilir ve montajda yapıştırılır veya klipslenir.
Kaç watta kadar planar trafo yapılabilir?
Birkaç watttan birkaç kilowatta kadar ticari örnekler vardır. Belirleyici olan çekirdek boyutu, frekans ve bakırın taşıyabileceği akımdır.
Planar trafo veya planar bobin projeniz için çok katmanlı, kalın bakırlı PCB teklifi almak isterseniz Gerber paketinizi ve stackup bilgilerinizi pcb@elektromall.com.tr adresine gönderebilirsiniz.
Gerber dosyanız hazırsa yükleyin, anında fiyat alın.
Gerber Yükle, Anında Fiyat Al