PCB 장착 변압기에 대한 모든 것

AC에서 DC로의 전력 변환은 놀라울 정도로 간단한 장치인 변압기에서 시작됩니다. 이러한 부품은 두 코일 중 하나의 전류를 변경하여 자기 유도를 활용해 직접적인 기계적 연결 없이 두 코일 사이에 전력을 전달합니다. 케이스나 섀시에 장착하거나 PCB에 직접 장착할 수 있는 다양한 유형의 변압기가 있습니다. 이 글에서는 PCB의 전력 변환에 사용될 때 강력한 절연을 제공할 수 있는 몇 가지 PCB 변압기 옵션에 대해 알아보겠습니다.

또 다른 중요한 고려 사항은 새 디자인에 사용할 PCB 장착 변압기를 선택하는 방법입니다. PCB 장착 변압기는 다양한 크기로 제공되며, 저전력 처리를 위한 소형 SMD 부품과 고전력 처리를 위한 대형 기계 장착 스루 홀 부품이 있습니다. 이러한 부품들을 다양한 유형의 전력 조절 시스템에 적용할 때 고려해야 할 주요 변압기 사양에 대해 살펴보도록 하겠습니다.

PCB 장착 변압기 개요

변압기는 일반적으로 1차 코일과 2차 코일 사이에 입사되는 자기장을 통해 유도 결합된 2개의 물리적으로 분리된 코일로 구성됩니다. PCB 장착 변압기는 두 회로 간에 전력 전송을 제공하기 위해 다른 구성 요소(디지털 섹션, 파워 컨디셔닝 등)와 함께 기판에 통합되도록 설계됩니다. 여기서 중요한 점은 변압기의 두 측면이 절연을 유지하면서 코일 간에 전력이 전달된다는 것입니다. 사용자에게 안전상의 위험을 초래할 수 있는 기판의 입력 측은 출력 측과 분리되어 있습니다. 이러한 분리의 필요성은 중요한 사양으로서 아래에서 자세히 다룰 것입니다.

실제 변압기는 일부 도식에서 설명하는 단순한 구조, 즉 사각형의 자기 코어를 코일로 감싸 자기 결합을 형성하는 것과 같은 구조를 반드시 사용하는 것은 아닙니다. 대신, 코일 및 코어 설계는 적층형, 코어-쉘 또는 적층형 토폴로지를 포함하여 다소 복잡할 수 있습니다. 기판 설계자의 경우 일반적으로 코어를 통한 유도 결합 강도와 절연에 주로 관심을 둡니다. 이러한 사양이 전력 변환 효율과 코일 전체의 절연 수준에 영향을 미치기 때문입니다.

주요 PCB 장착 변압기 사양

어떤 회로에서든 PCB 변압기를 사용할 때 직면하는 주요 과제는 최소 전력 처리 사양을 충족하면서 전력 변환의 고효율화를 보장하는 적합한 변압기를 선택하는 것입니다. PCB에 장착하는 경우라면 PCB 변압기의 식별과 관련하여 추가적으로 고려해야 할 요소는 장착 방법, 변압기 크기, z축 스팬 등이 있습니다. 주요 사양은 다음과 같습니다.

1차 및 2차 정격 - 이름에서 알 수 있듯이 1차 및 2차 코일의 전압 및 전류 제한 사항을 명시합니다. 필요한 전압을 기준으로 변압기를 선택하는 것부터 시작한 다음, 입출력 코일에 정의된 변압기의 전류 제한 미만을 유지하도록 설계해야 합니다.

정격 전력 및 효율 - 변압기가 처리할 수 있는 전력을 나타냅니다. 변압기에는 DC 전력 정격만 표시될 수도 있습니다. 이는 저항성 전력 정격으로서, 무효 전력 정격은 다를 수 있으며 특정 주파수에서 정의되기 때문에 데이터 시트를 볼 때 이 점에 유의해야 합니다. 또한 효율은 종종 DC 값으로 명시되며 특정 조건(예: 최대 전류)에서 제공됩니다.

폼 팩터 - 공간이 제한될 수 있으므로 폼 팩터는 변압기 선택 시 결정적인 요소가 될 수 있습니다. PCB 장착 변압기 선택은 기판 크기 또는 인클로저 제한 조건에 따라 결정되는 경우가 많습니다. 이러한 변압기는 기판 위에 높게 위치하기 때문에 진동이 발생하기 쉽습니다.

장착 스타일(SMT 및 스루 홀) - SMT 변압기는 바닥면이 평평하고 외부 본체에 핀이 있어 부품을 변압기의 PCB 위에 납땜할 수 있습니다. 스루 홀 변압기는 긴 핀이 있어 진동과 열 손상에 강한 기판에 강력한 연결을 제공할 수 있습니다.

냉각 메커니즘 - 이러한 부품들은 PCB 위에 장착하도록 설계되어 있기 때문에, 일반적으로 고전력 변환 및 전력 처리에 매우 중요한 냉각 메커니즘을 갖추고 있지 않습니다. 대신 제조업체는 필요한 온도가 안전한 일정값 이하로 유지되도록 최대 입출력 전력 정격을 제공합니다. 주요 냉각 메커니즘은 패키징을 거쳐 결국 PCB로 전도되는 것입니다. PCB에 장착된 평면형 변압기는 히트 싱크를 장착하거나 일체화하기 위해 포장 표면이 평평한 것을 특징으로 하는 유일한 예외일 수 있습니다.

인덕턴스 - 플라이백 컨버터 또는 LLC 공진 컨버터와 같은 스위칭 DC-DC 변환 애플리케이션에서 중요성이 커집니다. AC-DC 애플리케이션에서는 인덕턴스가 보조 부품과의 결합 강도를 결정하지만, 대부분의 경우 전력 처리 정격 및 변환 효율만 확인하면 됩니다.

변압기 또는 인덕터의 직접 설계가 가능한가요?

설계자들이 비표준 전압까지 강압할 수 있는 맞춤형 전력 변환 부품을 구축하기를 원할 때 가끔 이 질문을 하는 경우가 있습니다. 간단히 말하면 답은 '예'이지만, 이는 혼자서 할 수 있는 일이 아닙니다. 전력 자성에 대한 규제 및 안전 요건으로 인해 PCB 장착 변압기 제조업체와 협력하여 맞춤형 부품을 설계하고 확보하는 것이 좋습니다. 더 나은 방법은 각 경우의 사양에 맞는 기성 변압기를 선택한 다음, 출력에 레귤레이터를 사용하여 원하는 출력 전압에 도달하도록 하는 것입니다.

변압기 제조업체와 협력하더라도 회로 기판 변압기를 생산하는 데 사용되는 자재나 공정을 지정할 수는 없습니다. 각 제조업체에서는 UL 안전 인증을 통과할 수 있는 부품을 생산하기 위해 특정한 제조 절차와 자재 세트를 사용합니다. 이러한 기준을 통과하는 것은 설계가 화재나 충격의 위험 없이 안전하게 작동할 수 있을 뿐만 아니라 오픈 마켓에서 판매할 수 있을 만큼 안전하다는 것을 보장하는 데 매우 중요합니다.

PCB 변압기 식별 및 전원 시스템을 설계할 때는 항상 안전을 최우선으로 생각해야 합니다. UL 인증 절연 시스템을 사용하는 맞춤형 변압기를 확보한 후에도 제조업체 또는 테스트 연구소와 협력하여 완성된 PCBA가 UL 테스트를 통과할 수 있도록 보장해야 합니다. 적합한 회로 기판 변압기 선택과 전력 시스템 모범 사례를 활용하면 안전하고 고효율적인 전력 시스템을 성공적으로 구축할 가능성이 커집니다.

소형 절연 전원 공급 장치를 설계할 때는 PCB 설계 소프트웨어에서 사용할 수 있는 PCB 장착 변압기를 선택해야 합니다. 설계에 가장 적합한 기판 장착 변압기를 확보했다면 CircuitMaker의 PCB 설계 도구를 사용하여 회로도와 PCB 레이아웃을 준비하세요. 모든 CircuitMaker 사용자는 구상부터 제작까지 설계를 수행하는 데 필요한 회로도, PCB 레이아웃 및 제조 문서를 생성할 수 있습니다. 또한 사용자는 Altium 365™ 플랫폼의 개인 작업 공간에 액세스하여 클라우드에 설계 데이터를 업로드 및 저장할 수 있으며, 안전한 플랫폼에서 웹 브라우저를 통해 프로젝트를 쉽게 조회할 수 있습니다.

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