RU94790U1 - PLANE HIGH FREQUENCY TRANSFORMER - Google Patents

Abstract

Плоский высокочастотный трансформатор, обмотки которого выполнены в виде многослойной печатной платы, содержащей пакет изолированных друг от друга жестких диэлектрических подложек с отверстиями и двухсторонней металлизацией в виде спиральных витков и контактных площадок, соединенных в пакет с помощью прокладок из полуотвердевшей смолы, отличающийся тем, что витки плоских обмоток выполнены в виде отдельных жил. A flat high-frequency transformer, the windings of which are made in the form of a multilayer printed circuit board containing a package of insulated rigid dielectric substrates with holes and two-sided metallization in the form of spiral turns and contact pads connected into a package using semi-solidified resin gaskets, characterized in that the turns flat windings are made in the form of separate cores.

Description

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности, к изготовлению плоских трансформаторов на основе многослойных печатных плат.The utility model relates to radio engineering, in particular, to the manufacture of flat transformers based on multilayer printed circuit boards.

Известен плоский трансформатор (пат РФ №2149526, 1999 г МКИ: Н05К 3/46), выполненный в виде многослойной печатной платы (МПП) и содержащий изолирующие слои, токопроводящие детали, пакет диэлектрических подложек с отверстиями и односторонней металлизацией, выполненной в виде рисунка проводников и контактных площадок. Металлизированные слои соединены между собой по входным и выходным контактным площадкамKnown flat transformer (RF Patent No. 2159526, 1999 MKI: N05K 3/46), made in the form of a multilayer printed circuit board (MPP) and containing insulating layers, conductive parts, a package of dielectric substrates with holes and one-sided metallization, made in the form of conductors and pads. Metallized layers are interconnected at the input and output contact pads

Недостатком данного трансформатора является его низкая надежность и большая трудоемкость изготовления и сборки, связанные с необходимостью осуществлять соединение слоев между собой путем пайки оловянным припоем, и производить межслойную герметизацию трансформатора путем вакуумной пропитки герметиком с целью защиты медных проводников от коррозии и пробоев.The disadvantage of this transformer is its low reliability and the great complexity of manufacturing and assembly, associated with the need to connect the layers to each other by soldering with tin solder, and to perform interlayer sealing of the transformer by vacuum impregnation with sealant to protect copper conductors from corrosion and breakdowns.

Наиболее близким техническим решением является плоский трансформатор (Пат. на ПМ №16318, 2000 г, МКИ: Н05К 3/46), выполненный в виде многослойной печатной платы, содержащей пакет жестких диэлектрических подложек, имеющих двухстороннюю металлизацию, при этом проводники на каждой из сторон выполнены в виде спиральных витков и контактных площадок, соединенные между собой через металлизированные отверстия. Соединение печатных плат в пакет осуществляется с помощью прокладок из полу отвердевшей смолы.The closest technical solution is a flat transformer (Pat. PM No. 16318, 2000, MKI: H05K 3/46), made in the form of a multilayer printed circuit board containing a package of rigid dielectric substrates having double-sided metallization, with conductors on each side made in the form of spiral turns and pads, interconnected through metallized holes. The connection of printed circuit boards in the package is carried out using gaskets made of semi-hardened resin.

Недостатком конструкции данного трансформатора является невозможность его применения в электрических схемах, рабочая частота которых выше 500 кГц из-за низкого КПД. При таких частотах в проводниках трансформатора возникают дополнительные потери, связанные с так называемым скин-эфектом. Скин-эффект - это эффект, который наблюдается при токах высокой частоты. Его сущность заключается в следующем: при прохождении переменного тока по проводнику в его толще образуется переменный магнитный поток, который индуцирует вихревые токи. Эти вихревые токи вытесняют основной ток ближе к поверхности, полезное сечение проводника уменьшается, растет его сопротивление, активные потери увеличиваются. Плотность тока, распределенная по сечению проводника такова, что сердцевина провода вообще не задействуется для протекания тока. Для того чтобы снизить потери, связанные со скин-эффектом необходимо увеличить поверхность проводников.The disadvantage of the design of this transformer is the impossibility of its use in electrical circuits, the operating frequency of which is higher than 500 kHz due to low efficiency. At such frequencies, additional losses occur in the transformer conductors associated with the so-called skin effect. The skin effect is the effect that is observed at high frequency currents. Its essence is as follows: when an alternating current passes through a conductor, an alternating magnetic flux is formed in its thickness, which induces eddy currents. These eddy currents displace the main current closer to the surface, the useful section of the conductor decreases, its resistance grows, and active losses increase. The current density distributed over the cross section of the conductor is such that the core of the wire is not involved at all for the flow of current. In order to reduce losses associated with the skin effect, it is necessary to increase the surface of the conductors.

В основу полезной модели положено требование уменьшения потерь, связанных со скин-эффектом и увеличением КПД высокочастотного трансформатора.The utility model is based on the requirement of reducing losses associated with the skin effect and increasing the efficiency of a high-frequency transformer.

Поставленная задача решается тем, что в плоском высокочастотном трансформаторе, обмотки которого выполненны в виде многослойной печатной платы, содержащей пакет изолированных друг от друга жестких диэлектрических подложек с отверстиями и двухсторонней металлизацией в виде спиральных витков и контактных площадок, соединенных в пакет с помощью прокладок из полуотвердевшей смолы, с целью уменьшения потерь, связанных со скин-эффектом, и увеличения КПД в проводниках вдоль всех витков плоских обмоток выполнены канавки, которые разделяют их на отдельные жилыThe problem is solved in that in a flat high-frequency transformer, the windings of which are made in the form of a multilayer printed circuit board containing a package of insulated rigid dielectric substrates with holes and two-sided metallization in the form of spiral turns and contact pads connected into a package using gaskets made of semi-solidified resins, in order to reduce losses associated with the skin effect and increase efficiency in conductors along all turns of flat windings, grooves are made that separate and into separate strands

На фиг.1 показан плоский высокочастотный трансформатор.Figure 1 shows a flat high-frequency transformer.

На фиг.2 показан спиральный виток в плоскости.Figure 2 shows a spiral coil in the plane.

На фиг.3 показан фрагмент спирального витка в разрезе.Figure 3 shows a fragment of a spiral coil in section.

Обмотки плоского высокочастотного трансформатора предложенной конструкции выполнены в виде многослойной печатной платы представляющей собой пакет жестких диэлектрических подложек 1 с двухсторонней металлизацией в виде спиральных витков 2. Витки с одной стороны являются продолжением витков с другой стороны. Соединение витков между собой осуществляется с помощью металлизированных отверстий 3 (фиг.1).The windings of a planar high-frequency transformer of the proposed design are made in the form of a multilayer printed circuit board representing a package of rigid dielectric substrates 1 with two-side metallization in the form of spiral turns 2. The turns on the one hand are a continuation of the turns on the other hand. The connection of the turns between themselves is carried out using metallized holes 3 (figure 1).

Витки всех уровней разделены канавками 4 на отдельные жилы 5 и соединены между собой металлизированными отверстиями 6 (фиг.2 и 3).The turns of all levels are divided by grooves 4 into separate cores 5 and are interconnected by metallized holes 6 (FIGS. 2 and 3).

Механическое соединение жестких подложек диэлектрических в пакет производится с помощью прокладок 7 из полуотвердевшей смолы, расположенной между этими подложками. Процесс соединения печатных плат производится методом горячего прессования. Наружные слои рисунка проводников и контактных площадок защищены паяльной маской 8. Внешний контур и окно для сердечника выполняется механической обработкой, например фрезерованием. После установки МПП в корпус сердечника проводят сборку в соответствии с требованиями электрической схемы.The mechanical connection of the rigid dielectric substrates into a packet is made using gaskets 7 of a semi-solidified resin located between these substrates. The process of connecting printed circuit boards is carried out by hot pressing. The outer layers of the pattern of conductors and pads are protected by a soldering mask 8. The outer contour and the window for the core are machined, for example, by milling. After installing the MPP in the core body, the assembly is carried out in accordance with the requirements of the electrical circuit.

Пример.Example.

Берут двухсторонний фольгированный стеклотекстолит с медной фольгой толщиной 100 мкм и методом сверления изготавливают переходные отверстия. Проводят металлизацию отверстий. Методом фотолитографии на каждой из сторон печатной платы формируют проводники в виде спиралей, разделенных на отдельные жилы с помощью канавок. Затем, используя прокладки из стеклоткани толщиной ~60 мкм, пропитанные полуотвердевшей смолой, методом горячего прессования собирают МПП. Толщина слоя изоляции между смежными печатными платами составит ~400-450 мкм. В собранной таким образом многослойной печатной плате просверливают сквозные переходные отверстия и проводят их металлизацию. Количество печатных плат в МГШ выбирают в зависимости от числа витков в обмотках трансформатора и допустимой плотности тока. Число и расположение контактных площадок и, соответственно, сквозных отверстий определяется необходимостью последовательного и параллельного соединения витков между отдельными печатными платами.Take double-sided foil-coated fiberglass with copper foil 100 microns thick and through holes are made by drilling through holes. Metallize the holes. Using photolithography, conductors are formed on each side of the printed circuit board in the form of spirals, divided into separate cores using grooves. Then, using fiberglass gaskets ~ 60 μm thick impregnated with semi-hardened resin, MPP is collected by hot pressing. The thickness of the insulation layer between adjacent printed circuit boards will be ~ 400-450 microns. In the assembled multilayer printed circuit board, through vias are drilled and metallized. The number of printed circuit boards in the MGS is selected depending on the number of turns in the transformer windings and the permissible current density. The number and location of the contact pads and, respectively, through holes is determined by the need for serial and parallel connection of turns between individual printed circuit boards.

Таким образом, благодаря применению конструкции трансформатора, в котором витки плоских обмоток выполнены в виде отдельных жил потери, связанные со скин-эффектом, снижаются, а КПД плоского высокочастотного трансформатора повышается до 98%.Thus, due to the use of the transformer design, in which the turns of the flat windings are made in the form of separate cores, the losses associated with the skin effect are reduced, and the efficiency of the flat high-frequency transformer is increased to 98%.

Claims (1)

Плоский высокочастотный трансформатор, обмотки которого выполнены в виде многослойной печатной платы, содержащей пакет изолированных друг от друга жестких диэлектрических подложек с отверстиями и двухсторонней металлизацией в виде спиральных витков и контактных площадок, соединенных в пакет с помощью прокладок из полуотвердевшей смолы, отличающийся тем, что витки плоских обмоток выполнены в виде отдельных жил.

A high-frequency flat transformer, the windings of which are made in the form of a multilayer printed circuit board containing a package of insulated rigid dielectric substrates with holes and two-sided metallization in the form of spiral turns and contact pads connected into a package using semi-solidified resin gaskets, characterized in that the turns flat windings are made in the form of separate cores.