Transformátor do kapsy

Dnešní technologie nám umožňují nosit po kapsách elektronická zařízení s výkonem, který byl ještě před pár lety nemyslitelný. Kromě neustále postupující miniaturizace integrovaných elektronických obvodů je to také zásluha baterií a akumulátorů, které dokáží navzdory svým malým rozměrům schraňovat poměrně velké množství energie.

Celá řada aplikací – jako jsou například systémy pro automatizaci průmyslové výroby, resp. inteligentních budov, nebo moduly osazené světelnými diodami – však vyžaduje nepřetržité napájení.

V tom případě musí být přístroje vybaveny napájecím obvodem, který jim dodává požadované množství energie. K základním prvkům těchto napájecích obvodů patří transformátory měnící vyšší napětí (např. 230 V ze sítě) na nižší hodnoty, na kterých mohou přístroje bezpečně pracovat.

Zatímco u integrovaných obvodů však pokročila miniaturizace až do řádu nanometrů, u transformátorů je situace komplikovanější. Princip jejich konstrukce je totiž založen na feromagnetickém jádru s dvojím vinutím, jehož další zmenšování nabízí jen omezené možnosti.

Transformátory jsou tak často hlavním faktorem limitujícím rozměry přístrojů se stálým napájením. Vývojáři společnosti Siemens proto vyvinuli technologii, díky níž je možné vyrobit malé transformátory, integrované i s napájecím obvodem přímo do napájených přístrojů.

O čtyři pětiny menší

Technologie redukuje velikost transformátorů hned dvěma způsoby. První využívá faktu, že s rostoucí frekvencí střídavého, popř. pulzního proudu je možné sestrojit kompaktnější transformátor i bez rizika jeho přehřátí.

Konstruktéři proto několikanásobně zvýšili spínací frekvenci napájecího zdroje. Aby však zmenšili transformátor až na požadovanou velikost, museli navíc vytvořit speciální materiál tvořený tenkými vrstvami magnetické keramiky.

Tento materiál umožňuje začlenit jádro i vinutí transformátoru do keramických desek plošných spojů. Výsledkem je transformátor zmenšený na pouhou jednu pětinu původní velikosti.

Že je technologie použitelná v praxi, demonstrovali vývojáři na osvětlovacím modulu vybaveném šestnácti diodami typu LED. Celý napájecí obvod včetně transformátoru vměstnali do prostoru chladiče modulu s průměrem 10 cm a výškou 5 cm.

Aniž by měla tato modifikace vliv na svítivost diod, díky absenci vnějšího napájecího zdroje výrazně snížila rozměry modulu. Vědci nyní zkoumají, jak učinit technologii univerzálnější a použitelnou i pro nejrozšířenější typy epoxidových desek plošných spojů.