ПЛОСКИЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Полезная модель относится к радиотехнике, в частности, к изготовлению плоских трансформаторов на основе многослойных печатных плат.
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 площадкам
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.
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.
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.
В основу полезной модели положено требование уменьшения потерь, связанных со скин-эффектом и увеличением КПД высокочастотного трансформатора.
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 жилы
На фиг.1 показан плоский высокочастотный трансформатор.
На фиг.2 показан спиральный виток в плоскости.
На фиг.3 показан фрагмент спирального витка в разрезе.
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).
Витки всех уровней разделены канавками 4 на отдельные жилы 5 и соединены между собой металлизированными отверстиями 6 (фиг.2 и 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.
Пример.
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.
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%.