Willkommen zu unserer Blogserie über Planartransformatoren (kurz Planartrafos)! Entdecken Sie mit uns die faszinierende Welt dieser spannenden Technologie – beginnend mit Teil I und den Grundlagen: Was ist ein Transformator? – und den Vorteilen, welche die innovative Bauform der Planartrafos gegenüber klassischen Transformatoren bietet. Teil II folgt in Kürze und soviel können wir schon verraten: Es geht um die erstaunlichen Anwendungsformen von Leiterplatten mit Planartrafos.
What is a transformer
Ein Transformator (kurz Trafo) ist ein essenzielles Bauelement in der Elektrotechnik, das Wechselspannung und Wechselstrom von einer Spannungsebene auf eine andere transformiert. Er arbeitet nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion und dient dazu, elektrische Energie effizient zu übertragen oder die Spannung an die Bedürfnisse von Verbrauchern anzupassen.
Structure and function of a transformer
Kern
Der Transformator besteht meist aus einem Eisenkern, der die magnetischen Feldlinien bündelt. Dadurch wird die Effizienz des Energietransfers erhöht.
Primärwicklung
Dies ist die Spule, die mit der Eingangsspannung (z. B. einer Wechselspannungsquelle) verbunden ist. Wenn Wechselstrom durch diese Spule fließt, entsteht ein wechselndes Magnetfeld.
Sekundärwicklung
Diese Spule ist magnetisch gekoppelt, aber elektrisch getrennt von der Primärwicklung. Das wechselnde Magnetfeld des Eisenkerns induziert in dieser Spule eine Ausgangsspannung.
- Wenn Wechselstrom durch die Primärwicklung fließt, erzeugt er ein wechselndes Magnetfeld im Kern.
- Dieses Magnetfeld durchdringt die Sekundärwicklung und induziert dort gemäß dem Faraday’schen Induktionsgesetz eine Spannung.
- The voltage ratio between the primary and secondary windings depends on the number of windings.
Types of transformers
Increase voltage (high voltage transformer)
- The secondary winding has more turns than the primary winding
- The output voltage is greater than the input voltage.
Reduce voltage (low voltage transformer)
- The secondary winding has fewer turns than the primary winding
- The output voltage is lower than the input voltage.
The planar transformer
A planar transformer (planar transformer) is a low-voltage transformer that transmits energy contactlessly via inductive coupling. It uses flat conductor tracks on multilayer printed circuit boards (PCBs) instead of conventional wire windings.
This design enables a compact form, ideal for applications with high frequencies and limited space, such as in switching power supplies. Manual winding processes are eliminated as the windings are integrated directly into the PCB, which shortens production time and reduces susceptibility to errors.
Planar transformers are available both as individual components and integrated into extensive PCB layouts.
How a planar transformer works
Windings in the printed circuit board
- Die Primär- und Sekundärwicklung werden durch Kupferleiterbahnen auf den Lagen der Leiterplatte gebildet. Durch geschicktes Design (z. B. parallele Lagen und Durchkontaktierungen) wird eine hohe Wicklungsdichte erreicht.
- The number of windings is determined by the number of loops on the circuit board.
Magnetic core
- Der Transformator benötigt einen magnetischen Kern, um die magnetischen Feldlinien zu bündeln und den Wirkungsgrad zu maximieren.
- Typischerweise wird ein Ferritkern verwendet, der als Formteil in die Leiterplatte montiert wird.
High frequency operation
- Planartrafos arbeiten meist bei hohen Schaltfrequenzen (z. B. 100 kHz bis mehrere MHz), da der magnetische Kern und die flachen Wicklungen für niedrige Frequenzen nicht optimal geeignet sind.
- High-frequency operation can significantly reduce the size of the transformer, as smaller cores and shorter windings are required.
Induction principle
- Just as with classic transformers, an alternating current in the primary winding is transferred to the secondary winding by an alternating magnetic field in the core.
- As with conventional transformers, the output voltage depends on the turns ratio.
Special feature of planar transformers
The planar transformer is designed and manufactured in the unpopulated PCB so that all conductor track windings are already integrated. As part of the process chain, production takes place without the magnetic core, which must then be subsequently implemented by the customer. This approach enables an optimized production line and offers the customer flexibility in selecting the appropriate core. The design of the core (e.g. E-core, U-core or toroidal core) is specified depending on the application.
| FEATURES | CLASSIC TRANSFORMER | PLANARTRAFO |
|---|---|---|
|
Construction method |
Manual wire winding around a core |
Flat copper tracks as an integrated layout part in a multilayer printed circuit board |
|
Size and weight |
Relatively large and high |
Compact and flat - weight can be reduced |
|
Heat dissipation |
Restricted by design |
Optimum dissipation via the circuit board, extending the service life of the components |
|
Energy efficiency |
Higher losses due to windings |
Precise geometry, lower losses |
|
Production costs |
Manual winding - time-consuming |
Automated production, susceptibility to errors is reduced |
Questions?
Do you have questions about planar transformers or need support with the layout and development process?
Wenden Sie sich gerne an die erfahrenen Experten unseres Technischen Supports.
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