השנאי חרוט לתוך לוח מעגלים: מגנטיקה מישורית שטוחה, מהירה וניתנת לחזרה

מה זה, בשפה פשוטה

תארו לעצמכם מלופף סליל של חבל סביב סליל עץ. עכשיו דמיינו לעצמכם את אותו סליל כמו ספירלה שטוחה המודפסת על דף נייר, ואז מהדקים שתי לוחות מגנטיים שטוחים משני צידי הנייר. זה, בעצם, שנאי מישורי . שנאי קונבנציונלי עוטף חוט נחושת סביב סליל פלסטיק; שנאי מישורי "מדפיס" את פיתוליו כעקבות נחושת ספירליות בתוך לוח מעגלים מודפסים (PCB), וליבה פריט בפרופיל נמוך נצמד מעל הלוח כדי לסגור את הנתיב המגנטי.

עיקרון וסוגים

עקרון העבודה אינו משתנה - זרם ראשוני משתנה יוצר שטף מגנטי בליבה שגורם למתח במשני - אבל הגיאומטריה משנה הכל. מכיוון שהפיתולים נחרטים באותו תהליך פוטוליטוגרפי המשמש עבור כל PCB, כל יחידה זהה, ללא וריאציה של סלילה ידנית. ערימת שכבות גם מקלה בצורה טריוויאלית על שזירה של פניות ראשוניות ומשניות, מה שחותך בחדות את השראות הדליפה.

לפי יצרנית המגנטים הגרמנית Neosid, שנאים מישוריים מראים בדרך כלל השראות תועה (דליפה) של 0.1%-0.5%, לעומת 1%-5% עבור שנאי פתיל, ופרופיל נמוך ב-30%-50%. הם פועלים מ-50 קילוואט עד 1 מגה-הרץ ומכסים בערך 1 ואט עד 10 קילוואט, עם מתחי בידוד של עד 4.5 קילוואט.

פרמטרים מרכזיים שעל מהנדס להגדיר

• צורת ליבה וחומר - ליבות שטוחות E, ER, RM או ETD ב-MnZn או NiZn power ferrite, שנבחרו לאובדן ליבה נמוך בתדר המיתוג (משפחות חומרים Ferroxcube, TDK ו-Philips).
• ספירת שכבות ומשקל נחושת - יותר סיבובים או יותר זרם פירושו יותר שכבות או נחושת עבה יותר. פיתולי נחושת עבים של 3-16 אונקיות ניתנים למינציה עם תווי פרוקסקובי עם קדם-פרג. ניצול החלון המישורי נמוך מתכנון פצע (בערך 0.25-0.3) מכיוון שמצע ה-FR-4 תופס שטח חלון.
• השראות דליפה - נשלטת על ידי שזירה; קבוצת Payton מצטטת מתחת ל-0.2% עבור ליבות לא מוקפות.
• זחילה ופינוי - הבידוד מוגדר על ידי ערימת ה-PCB ויכול להגיע למספר קילו-וולט.

דוגמה ליישום

בממיר טלקום 48 וולט או מרכז נתונים, שנאי מישורי יושב שטוח על הלוח הראשי עם שאר החלקים המורכבים על פני השטח. מודול DC/DC מישורי טיפוסי של 150 W פועל ביעילות של כ-94% בכמה מאות קילו-הרץ, כאשר הממיר כולו מותקן כמו כל רכיב SMT אחר.

טעות נפוצה ועובדה מהנה

תפיסה שגויה: "Planar יעיל יותר באופן אוטומטי". לא בהכרח. הגיאומטריה השטוחה מנצחת על פרופיל, חזרתיות והשראות דליפה, אך רדיד נחושת רחב ומרווח יכול לייצר קיבול בין-מתפתל גדול יותר משנאי פתיל, והפסדי נחושת AC מהשפעות העור והקרבה עדיין חייבות להיות מנוהלות באמצעות תכנון שכבות קפדני. יעילות היא תוצאה עיצובית, לא מתנה חינם של הצורה.

עובדה מהנה: מכיוון שהפיתול מוגדר על ידי גרפיקת PCB, ניתן לחרוט את ה"שנאי" היישר לתוך השכבות הפנימיות של המעגל הראשי, ולהשאיר רק ליבת פריט חתוכה למעלה - ללא רכיב נפרד בכלל.