CC BY
55Индуктивные компоненты
компании Ргето
Практически любая современная печатная плата помимо активных компонентов, будь то микроконтроллер, стандартные логические элементы или силовые транзисторы, содержит также пассивные компоненты — резисторы, конденсаторы, а также индуктивности, которые используются и в цепях фильтрации, и в схемах импульсных источников питания, не говоря уже о гальванической развязке сигнальных цепей. И наоборот, плата, в которой сэкономили на паре индуктивностей, часто свидетельствует о непрофессиональном подходе к разработке и, как следствие, нестабильной работе устройства в реальных условиях, которые отличаются от лабораторных повышенным уровнем электромагнитных помех. в статье рассматриваются компоненты, выпускаемые испанской компанией Premo, европейским лидером на рынке пассивных компонентов, в которых используются медь и ферриты.
Николай Королев
korolev@ineltek.com
введение
Premo Corporation известна на рынке с 1962 года. Компания начинала с выпуска телевизоров и индуктивных компонентов, используемых в телевизионной технике. Через восемь лет Premo полностью сосредоточилась на выпуске индуктивных компонентов и переориентировала бизнес на выпуск высококачественных продуктов для экспорта. В 2001 году Premo становится интернациональной компанией, с центральным офисом в Барселоне, заводами и исследовательскими центрами в Испании, Франции, Марокко и Китае. Компания осознает необходимость развития технологий и выделяет на исследования и новые разработки 10% бюджета. В октябре 2010 года закончена реконструкция фабрики в Китае, что позволило расширить производственные площади до 8000 м2 и подготовиться к увеличению объема выпускаемой продукции для удовлетворения возрастающего мирового спроса на индуктивные компоненты.
Продукцию компании Premo можно разделить на три большие группы:
• Электромагнитные фильтры: 20% от общего объема выпуска.
• Приемные и передающие антенны для
RFID: 30% от общего объема выпуска.
Таблица 1. Основные параметры однофазных фильтров
я о ни И §| Медицинские приборы Ключевые источники питания высокое затухание
FA (1-З0 A) FG (З-6 A) FC (З-10 A) FB (1-20 A)
PF (5-150 A) FGR (З-6 A) FL (1-10 A) FF (З-20 A)
FR/FRR (1-З0 A) - - FFH (1-16 A)
DMRF (8-45 A) - - FFHV (6-З0 A)
• Изделия для преобразования энергии,
трансформаторы, дроссели, токовые датчики: 50% от общего объема выпуска.
Далее рассмотрены некоторые типы изделий из чрезвычайно широкой номенклатуры компании Ргето, которая ежегодно увеличивается более чем на 100 наименований.
Электромагнитные фильтры
Мировой объем выпуска электронного оборудования возрастает с каждым годом, причем применяются компоненты, работающие на все более высоких частотах. Одновременно, для снижения стоимости, существенная часть этого оборудования выпускается в пластмассовых корпусах без металлического экранирования. Таким образом, наблюдается устойчивая тенденция к увеличению числа устройств, излучающих электромагнитные волны в широком спектре частот. Для защиты от внешних воздействий во вновь разрабатываемых изделиях электронной техники приходится использовать электромагнитные фильтры. Естественно, в новых разработках также необходимо применять меры для снижения собственного электромагнитного излучения.
рис. 1. Схема однофазного фильтра с предохранителями серии FI
Компания Ргето выпускает несколько десятков модификаций таких фильтров, как для однофазных, так и для трехфазных электрических сетей. Фильтры работают в диапазоне частот от 10 кГц до 300 МГц. Диапазон рабочих токов для однофазных фильтров составляет 1-180 А, для трехфазных фильтров — 3-2500 А. Номинальное рабочее напряжение на частоте 50 Гц — 250 В для однофазных фильтров и 520 В для трехфазных фильтров. Фильтры имеют гарантированное напряжение изоляции между проводниками и корпусом не менее 1850 В, а «медицинская» серия — 2500 В переменного тока с частотой 50 Гц.
Существуют разнообразные конструктивные исполнения фильтров — для распайки на печатной плате, для монтажа на шасси, для монтажа на DIN-рейку. В таблицах 1 и 2 приведены рабочие токи для некоторых типов фильтров, а на рис. 1 и 2 — примеры схем одной модели однофазного и одной модели трехфазного фильтра.
В номенклатуре компании существует также специальная серия фильтров FOVT, предназначенная для снижения скорости нарастания напряжения, dV/dT. Известно, что КВТ-инверторы, управляющие электродвигателями, формируют ШИМ-сигналы прямоугольной формы с высокой скоростью нарастания напряжения, более 4000 В/мкс. Такие броски напряжения снижают срок службы электродвигателей и ограничивают максимальную длину силового кабеля. Фильтры серии FOVT включаются на выходе ЮВТ-инвертора и обеспечивают снижение скорости нарастания выходного напряжения инвертора до величины не более 500 В/мкс. Кроме того, они ограничивают величину выбросов напря-
Таблица 2. Основные параметры трехфазных фильтров
Фильтры 3 фазы и нейтраль 3 фазы без нейтрали 3 фазы и нейтраль, экранированные
Однокаскадные PFT (3-150 A) FVSB (7-180 A) STF (8-200 A) FC3 (16-125 A)
Двухкаскадные RVTO-IV (7-280 A) FVDB (7-250 A) FVDT-D (6-28 A) FC4 (16-125 A)
Компактные - FVDT (100-900 A) HCWMGF (150-2500 A) -
Компания Premo также выпускает готовые высоконадежные антенны в водо- и огнеустойчивом исполнении на частоту 1З,56 МГц и высокочастотные транспондеры серии HARSH-TAG для работы в диапазоне частот 866-954 МГц.
LA
рис. 2. Схема трехфазного фильтра серии FVSB
жения на уровне 1000 В. Номинальный рабочий ток фильтров — 8-36 А.
Компоненты RFID
Направление RFID создано в компании в 1995 году, для чего была открыта исследовательская лаборатория. Тогда же началось производство первой планарной антенны к радиочастотной метке (транспондеру) для применения в автомобильной промышленности. Продолжение исследовательских работ в этом направлении привело к созданию в 1999 году первой в мире изотропной 3D-катушки для систем бесключевого доступа (Keyless Entry System, KES), а в 2003 году — к выпуску идентификатора для животных на основе технологии «кристалл на феррите». Инновационные продукты, созданные с применением новейших технологий, и высокое качество конечных изделий являются хорошими конкурентными преимуществами компании.
Основная часть антенн, выпускаемых компанией Premo, работает на частоте 125 кГц (автомобильные приложения) и на частоте 134 кГц (идентификация животных), причем компания имеет в своем ассортименте антенны как для транспондеров, так и для ридеров. В трехосевых антеннах используется собственная запатентованная технология,
позволяющая получить повышенную чувствительность.
Основные области применения транспондеров в автомобиле:
• системы определения давления в шинах;
• системы бесключевого доступа в автомобиль;
• иммобилайзеры.
Параметры некоторых популярных транс-пондерных антенн приведены в таблице 3, а внешний вид антенны 3DC1111LP — на рис. 3.
Ежегодный объем производства транспондера SDTR1103 составляет 20 млн шт., а TR1102 — 30 млн шт. Эти изделия используют ведущие автопроизводители — Daimler, PSA, Renault, Ford, GM, Hyundai, VW.
рис. 3. Трехосевая антенна 3DC1111LP
Катушки без сердечника
Бескаркасные катушки используются в качестве антенн для устройств передачи данных. Такие проволочные антенны хорошо работают в диапазоне частот 1-900 кГц. Типовые применения этих катушек — вышеупомянутые бесключевые системы доступа, противоугонные системы, транспондеры, бесконтактные датчики, а также линейные двигатели.
Антенны на бескаркасных катушках выполняют те же функции, что и ферритовые антенны, но отсутствие ферритового сердечника приводит к упрощению конструкции таких антенн. В катушках используется провод диаметром 0,25-0,5 мм. Компания предлагает антенны разнообразных форм и размеров, толщина антенн — от 0,5 до 10 мм. Возможно изготовление антенн по спецификациям заказчика, причем время подготовки производства к массовому выпуску составляет 4-6 недель.
Планарные трансформаторы
Современная микроэлектронная промышленность предлагает широкий выбор мощных высокочастотных транзисторов для импульсных источников питания, однако для полного использования их возможностей необходимо применять высококачественные трансформаторы и дроссели. Основные требования к современным импульсным источникам питания противоречивы. Это высокая мощность, низкие выходные напряжения, высокая эффективность, малые габариты. Планарные трансформаторы компании Premo позволяют найти хорошее компромиссное решение. В настоящее время компания имеет, возможно, самую широкую номенклатуру планарных трансформаторов в мире. Есть 16 типов сердечников, которые комбинируются с 8 типами изолирующих пластиков. Эти трансформаторы в сочетании с сердечниками могут быть упакованы в три типа корпусов: SMD, PTH и Direct Leads. Такие конструктивные решения используются для источников питания, построенных по различным топологиям — Forward, Flayback, Half-bridge и т. д.
Специалисты компании Premo тщательно изучили запросы разработчиков систем распределения электроэнергии и сконструировали исчерпывающую линейку трансформаторов, перекрывающую диапазон мощностей от 5 до 2600 Вт в стандартном исполнении и до 10 кВт — в заказном варианте.
Трансформаторы можно применять в следующих приложениях:
• автомобильная промышленность (до 42 В);
• телекоммуникации (до 48 В);
Таблица 3. Основные параметры одноосевых и трехосевых антенн для транспондеров
Наименование SDTR1103 TR1102 3D1515 3DC1111LP
Размеры,мм 11,6x3,5x2,5 11x2,6x2,2 1x15x4 11x11x3
Конструкция Феррит + пластик Феррит + металл Феррит + пластик Феррит + пластик
Q-фактор при 125 кГц 340 мкГн - 16,2 мГн 290 мкГн - 16,2 мГн 340 мкГн - 10 мГн 2,38-7,2 мГн
Чувствительность 50-20 45-20 40-20 35-20
Стабильность, мВрр/Арр/м >135 >450 >105 >105
Таблица 4. Основные параметры трансформатора PG18
Наименование ивх, в ивых, в 1вых, A F, кГц Индуктивность, мкГн Индуктивность рассеяния, кГн
PG18FW1CX1 36-72 3,3 15 4GG 2G2,5 G,37
PG18FW1CX2 5 1G 4GG 2G2,5 G,37
PG18FW1CX3 12 4 4GG 122,5 G,37
Таблица 5. Основные параметры дросселей серии UC
Наимено- вание Гн % IS L, ±2 DCR, мОм D 3 о OR ax, IDC, A ISat, A
UC138G-6R5 6,5 8 8,4 11,8 13
UC138G-5R2 5,2 7,3 7,6 12,4 14,5
UC138G-4RG 4,G5 4,9 5,1 15,1 16,4
UC138G-3RG 3,G4 3,4 3,6 18 19
UC138G-2R2 2,18 2,5 2,6 21,2 22,4
UC138G-1R5 1,46 1,9 2 24 27,4
UC138G-GR9 G,88 1,3 1,4 29,4 35,2
UC138G-GR5 G,45 1 1,1 33,3 49,3
• промышленные преобразователи напряжения: AC/DC с входным напряжением 80-280 В; DC/DC с высоким выходным током и напряжением 1,2-12 В;
• системы управления электромоторами. Инженеры компании Premo совершенствовали технологию более 10 лет и улучшили некоторые аспекты хорошо известных преимуществ планарной технологии. В итоге были получены следующие результаты:
• низкий профиль, малый вес, уменьшенные габариты;
• очень низкая индуктивность рассеяния;
• малая межобмоточная емкость;
• низкие потери;
• исключительная повторяемость;
• улучшенные тепловые характеристики;
• легкое охлаждение;
• высокая надежность;
• хорошая устойчивость к вибрации и ударам;
• пониженный шум.
Планарные трансформаторы компании Premo разрабатывались с применением собственного программного обеспечения для анализа электромагнитных параметров элементов по каждому типу импульсного источника питания, и в соответствии с этим оптимизирована конструкция готового изделия. Пристальное изучение потерь в сердечнике и обмотках трансформатора, а также сопутствующих параметров, таких как индуктивность рассеяния и паразитная емкость, сопротивление по переменному току и тепловые параметры, позволяет добиться хороших результатов. После программного анализа, когда получены оптимальные параметры, разрабатывается прототип конкретного трансформатора.
Прототипы и серийные изделия проходят тестирование на уникальном оборудовании, при помощи которого воспроизводятся мак-
Рис. 4. Трансформатор PG18
симально тяжелые условия работы трансформатора. Это достигается при подаче на первичную обмотку прямоугольных импульсов частотой от 10 кГц до 1 МГц и с напряжением от 10 до 400 В. К вторичной обмотке трансформатора подключается нагрузка, сответ-ствующая максимальной мощности трансформатора, на ток от 0,5 до 300 А. Во время испытаний трансформатора применяется рекомендованный способ охлаждения. Точки максимального нагрева фиксируются системой инфракрасного наблюдения и сравниваются с предельно допустимой температурой для данного трансформатора. По результатам тестирования автоматически формируется полный отчет.
Таким образом, технология, используемая при изготовлении и тестировании трансформаторов, обеспечивает получение высоконадежных изделий.
Для иллюстрации результата такой разработки в таблице 4 приведены основные параметры 50-Вт трансформатора Р018 для использования в DC/DC-преобразователях, а на рис. 4 — внешний вид этого трансформатора. Для справки: габаритные размеры корпуса трансформатора составляют 27,5x18x8,5 мм.
Рис. 5. Дроссель серии UC
Компания Ргето не обошла вниманием и современные решения для питания удаленных приборов, связанных сетью ЕЛегпе^ по сигнальному кабелю. Для таких решений была разработана серия трансформаторов с характерным названием РОЕ. Линейка содержит 11 моделей мощностью 3, 7 и 13 Вт. Рабочая частота — 250 кГц, входное напряжение 36-72 В, выходное напряжение, в зависимости от модели, — от 3,3 до 24 В.
Силовые дроссели
Компания Ргето предлагает силовые дроссели для широкого диапазона рабочих токов.
С одной стороны, есть дроссели серии иС размером 14,5x13x8 мм, которые могут работать на частотах до 5 МГц, причем у них нет эффекта температурного старения.
Основные параметры дросселей серии иС приведены в таблице 5, а их внешний вид — на рис. 5.
С другой стороны, это изделия серии М80, разработанные для применений в системах мощностью до 10 кВт. Корпуса дросселей изготовлены из сендастового сплава, а обмотки сделаны из медного провода прямоугольного сечения. Такое решение позволило получить дроссель с чрезвычайно высокой эффективностью (более 99,5%) сравнительно небольших размеров: ширина дросселя составляет 80 мм, высота — 76,2 мм, а длина, в зависимости от мощности, — от 100 до 180 мм. Рабочая частота — до 50 кГц. Индуктивность — от 1,1 до 2,2 мГн, номинальный ток — от 10 до 45 А. ■
Литература
1. Материалы технического семинара компании
Ргето. Сентябрь 2010 г.
2. Каталог продукции компании Ргето, 2010 г.
