Planartransformatorer för högeffektsapplikationer
Teknisk översikt av i Sirios banbrytande konstruktion för 5–25 kW med isolation över 4 kV
Teknisk bakgrund
Induktiva komponenter och effekttäthet
Storleken på en induktiv komponent är nära kopplad till den energi som lagras per switchcykel. För att minska storleken krävs därför högre switchfrekvens. Med moderna wide bandgap-halvledare som kiselkarbid (SiC) och galliumnitrid (GaN) kan switchfrekvenser på 100–500 kHz uppnås, i vissa fall över 1 MHz.
Detta möjliggör konstruktioner av induktiva komponenter som är mer kompakta, bättre anpassade för höga effekttätheter och samtidigt mer energieffektiva – något som direkt bidrar till lägre energiförbrukning och minskad miljöpåverkan.
Trådlindade vs plana komponenter
Trådlindade Komponenter
- Konstruktion: Runda koppartrådar eller litztråd
- Fördelar: Robusta, flexibla, tål höga strömmar
- Utmaningar: Kan bli skrymmande, varierande prestanda mellan batcher hos vissa tillverkare
Plana komponenter
- Konstruktion: Kopparfolier eller ledarbanor i PCB och ledarramar
- Fördelar: Låg profil, god repeterbarhet, effektiv kylning, jämn kvalitet
- Särskilda egenskaper: Stor kontaktyta mot omgivande material för optimal värmeavledning
- Begränsningar: Högre parasitkapacitanser, lägre strömkapacitet än traditionella lindningar
Genombrott i högeffektsegmentet
Plana transformatorer har länge varit vanliga i låg- till medeleffektområdet, ofta upp till 200–300W, inom högfrekventa applikationer som nätaggregat, laddare och telekomutrustning. Fördelarna är tydliga: låg bygghöjd, enkel kylning, modularitet och repeterbar tillverkning.
Under de senaste åren har tekniken tagit ett stort kliv framåt, och plana transformatorer finns nu kommersiellt tillgängliga även i effektområdet 5–25 kW. Det markerar ett genombrott för planartekniken i högeffektsegmentet och möjliggör mer kompakta, energieffektiva system som minskar förluster och därmed även koldioxidavtryck.
Tekniska framsteg som möjliggjort utvecklingen
Förbättrade ferritmaterial
Nya ferritmaterial med lägre förluster vid höga frekvenser har förbättrat kärnornas prestanda markant.
Avancerade kopparstrukturer
Tjockare PCB-lager, pressade kopparramar och avancerade leadframe-lösningar klarar betydligt högre strömmar.
Optimerade lindningstopologier
Interleaving och parallellkoppling av ledarbanor minskar resistiva förluster och dämpar läckinduktans.
Överlägsen termisk prestanda
Naturlig kontaktyta mot kylflänsar och värmeledande PCB-strukturer ger effektiv värmeavledning.
Resultatet: Plana transformatorer som förenar hög frekvensdrift med höga effektnivåer och samtidigt ger god termisk prestanda. Detta leder till högre verkningsgrad och lägre spillenergi – viktiga faktorer för ett mer hållbart energianvändande.
Högspänningsapplikationer med isolation över 4 kV
Utmaningen
En särskild utmaning inom planartransformatorer är högspänningsapplikationer, exempelvis 800V laddare för elfordon, solinvertrar och kraftaggregat med isolationskrav över 2 kV.
I planarkonstruktioner är avstånden mellan lindningarna små och isolationslagren tunnare än i traditionella trådlindade transformatorer, vilket gör det mer krävande att uppnå tillräckliga krypsträckor och luftgap. De stora kopparytorna kan dessutom öka den parasitiska kapacitansen.
Sirios lösning
Genom innovativa lösningar har Sirio Inductive Components övervunnit dessa utmaningar:
- Extra dielektriska filmer
- Laminerade eller gjutna isolationsbarriärer
- Hybridkonstruktioner där planar och trådlindad teknik kombineras
Sirio har visat att det är möjligt att uppnå isolation över 4 kV i kommersiella planartransformatorer – en nivå som uppfyller gällande säkerhetsstandarder som IEC 62368 och IEC 61558 och som öppnar för säkra och pålitliga lösningar även i krävande högspänningsapplikationer.
Säkerhetsstandarder och certifieringar
IEC 62368
Säkerhetsstandard för ljud-, video-, informations- och kommunikationsteknisk utrustning
IEC 61558
Säkerhetskrav för krafttransformatorer och spänningsomvandlare
Applikationsexempel
800V laddare för elfordon
Moderna elfordon kräver högeffektiv kraftomvandling med strikta isolationskrav. Sirios planartransformatorer med isolation över 4 kV möjliggör säker och kompakt design för snabbladdning.
Solinvertrar
För förnybar energi krävs maximal verkningsgrad. Plana transformatorer med låga förluster och effektiv kylning optimerar energiomvandlingen från solpaneler till elnätet.
Datacenter och telekom
Högeffekttäta nätaggregat och UPS-system drar nytta av den kompakta konstruktionen och den pålitliga, repeterbara kvaliteten.
Kraftelektronik
Switchade kraftomvandlare för industriell automation kräver optimerade induktiva komponenter. Planartekniken möjliggör högre switchfrekvenser och därmed mer kompakta system.
Om Sirio och Comptronic
Sirio Inductive Components
I norra Italien med kompletterande tillverkning i Indien
Induktiva komponenter och kundanpassade transformatorer för höga switchfrekvenser med krav på isolation.
Utveckling av spolar och transformatorer i effektklasser upp till 25 kW.
Flera ledande svenska industriföretag
Comptronic AB
Sedan 2016 representerar Comptronic AB Sirio Inductive Components på den svenska marknaden. Med lång erfarenhet sedan 1989 av att leverera komponenter och färdiga produkter inom kraftelektronik till svensk industri och kontraktstillverkare, är Comptronic din partner för högkvalitativa induktiva komponenter.
ISO-certifierat ledningssystem
Kvalitet och miljö enligt internationell standard
Comptronic AB har ett ledningssystem som uppfyller kraven enligt ISO 9001:2015 och ISO 14001:2015
ISO 9001
ISO 14001
Sammanfattning
Planartransformatorn är inte längre en teknik begränsad till små nätaggregat med låg effekt.
Tack vare nya material, förbättrade konstruktioner och avancerade kylmetoder finns den idag kommersiellt tillgänglig i effektområdet 5 till 25 kW från tillverkare som Sirio Inductive Components.
Tekniken gör det möjligt att bygga kraftsystem som inte bara är kompakta och pålitliga med isolation över 4 kV, utan också mer energieffektiva – och därmed bidrar moderna planartransformatorer direkt till minskad energiförbrukning och mindre miljöpåverkan.
Vill du veta mer?
Kontakta Comptronic AB för teknisk rådgivning, specifikationer och skräddarsydda lösningar för dina kraftelektroniska system.
Kontakta oss idag