Bienvenue dans notre série d'articles consacrés aux transformateurs planaires (ou transformateurs planaires) ! Découvrez avec nous l'univers fascinant de cette technologie passionnante, en commençant par la partie I et les bases : qu'est-ce qu'un transformateur ? – et les avantages que la conception innovante des transformateurs planaires offre par rapport aux transformateurs classiques. La partie II suivra prochainement et nous pouvons déjà vous révéler qu'elle portera sur les applications étonnantes des circuits imprimés avec transformateurs planaires.
Qu'est-ce qu'un transformateur
Un transformateur (ou « transfo » en abrégé) est un composant essentiel en électrotechnique qui transforme la tension alternative et le courant alternatif d'un niveau de tension à un autre. Il fonctionne selon le principe de l'induction électromagnétique et sert à transmettre efficacement l'énergie électrique ou à adapter la tension aux besoins des consommateurs.
Structure et fonctionnement d'un transformateur
Noyau
Der Le transformateur se compose généralement d'un noyau en fer qui concentre les lignes du champ magnétique. Cela permet d'augmenter l'efficacité du transfert d'énergie.
Enroulement primaire
Il s'agit de la bobine reliée à la tension d'entrée (par exemple, une source de tension alternative). Lorsque le courant alternatif circule dans cette bobine, un champ magnétique alternatif est généré.
Enroulement secondaire
Cette bobine est couplée magnétiquement, mais séparée électriquement de l'enroulement primaire. Le champ magnétique alternatif du noyau de fer induit une tension de sortie dans cette bobine.
- Lorsque le courant alternatif circule dans l'enroulement primaire, il génère un champ magnétique alternatif dans le noyau.
- Ce champ magnétique traverse le second enroulement et y induit une tension conformément à la loi de Faraday sur l'induction.
- La tension entre les enroulements primaire et secondaire dépend du nombre d'enroulements.
Types de transformateurs
Augmenter la tension (transformateur haute tension)
- Le second enroulement comporte plus de spires que le premier enroulement.
- La tension de sortie est supérieure à la tension d'entrée.
Réduire la tension (transformateur basse tension)
- Le second enroulement comporte moins de spires que le premier enroulement.
- La tension de sortie est inférieure à la tension d'entrée.
Le transformateur plan
Un transformateur plan (transformateur plat) est un transformateur basse tension qui transmet l'énergie sans contact par couplage inductif. Il utilise des pistes conductrices plates sur des circuits imprimés multicouches (PCB) à la place des enroulements de fils traditionnels.
Cette conception permet d'obtenir une forme compacte, idéale pour les applications à hautes fréquences et à espace limité, comme dans les alimentations à découpage. Les processus d'enroulement manuels sont supprimés, car les enroulements sont directement intégrés dans le circuit imprimé, ce qui réduit le temps de production et le risque d'erreurs.
Les transformateurs Planartra sont disponibles aussi bien en tant que composants individuels qu'intégrés dans des circuits imprimés complexes.
Fonctionnement d'un transformateur plan
Enroulements dans le circuit imprimé
- Les enroulements primaire et secondaire sont formés par des pistes conductrices en cuivre sur les couches du circuit imprimé. Une conception ingénieuse (par exemple, couches parallèles et vias) permet d'obtenir une densité d'enroulement élevée.
- Le nombre de spires est déterminé par le nombre de boucles sur le circuit imprimé.
Noyau magnétique
- Le transformateur a besoin d'un noyau magnétique pour concentrer les lignes de champ magnétique et maximiser le rendement.
- On utilise généralement un noyau en ferrite qui est monté sous forme de pièce moulée dans le circuit imprimé.
Fonctionnement à haute fréquence
- Les transformateurs plan fonctionnent généralement à des fréquences de commutation élevées (par exemple, de 100 kHz à plusieurs MHz), car le noyau magnétique et les enroulements plats ne sont pas adaptés aux basses fréquences.
- Le fonctionnement à haute fréquence permet de réduire considérablement la taille du transformateur, car il nécessite des noyaux plus petits et des enroulements plus courts.
Principe de l'induction
- Tout comme dans les transformateurs classiques, un courant alternatif dans l'enroulement primaire est transmis à l'enroulement secondaire par un champ magnétique alternatif dans le noyau.
- Comme pour les transformateurs classiques, la tension de sortie dépend du rapport de transformation.
Particularité des transformateurs de plan
Le transformateur plan est conçu et fabriqué dans le circuit imprimé non équipé, de sorte que tous les enroulements des pistes conductrices sont déjà intégrés. Dans le cadre de la chaîne de processus, la fabrication s'effectue sans le noyau magnétique, qui doit ensuite être implémenté par le client. Cette procédure permet d'optimiser la ligne de production et offre au client une grande flexibilité dans le choix du noyau approprié. La conception du noyau (par exemple, noyau en E, noyau en U ou noyau annulaire) est spécifiée en fonction de l'application.
| CARACTÉRISTIQUES | TRANSFORMATEUR CLASSIQUE | TRANSFORMATEUR DE PLAN |
|---|---|---|
|
Type de construction |
Enroulements manuels de fil autour d'un noyau |
Pistes conductrices plates en cuivre intégrées dans un circuit imprimé multicouche |
|
Dimensions et poids |
Relativement grand et haut |
Compact et plat – le poids peut être réduit |
|
Dissipation de chaleur |
Limité par la conception |
Dérivation optimale via la carte de circuit imprimé, durée de vie des composants prolongée |
|
Efficacité énergétique |
Pertes plus importantes dues aux enroulements |
Géométrie précise, pertes réduites |
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Coûts de production |
Enroulements manuels – complexes |
Fabrication automatisée, réduction du taux d'erreurs |
Des questions?
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