LAN用脈沖變壓器的新基礎(chǔ)

LAN用脈沖變壓器的新基礎(chǔ)

LAN用脈沖變壓器和模塊

該產(chǎn)品不僅解決了以往產(chǎn)品因手工卷線而產(chǎn)生的特性不均衡問題，而且與同等性能的舊產(chǎn)品相比大幅度減小了其實裝面積，可以說是LAN用脈沖變壓器的新基礎(chǔ)。

LAN用脈沖變壓器的新基礎(chǔ)

近年來，LAN端子不僅被標(biāo)準(zhǔn)配備于電腦等IT設(shè)備，還被標(biāo)準(zhǔn)配備于以數(shù)碼電視為首的各種AV設(shè)備上。而脈沖變壓器是搭載于LAN接口部位的關(guān)鍵元件。它在高速傳送脈沖信號的同時，還起到電流輸入出間絕緣作用。TDK公司應(yīng)用并展開在SMD（表面貼裝元件）共模濾波器事業(yè)中積累的技術(shù)，新開發(fā)了采用自動卷線工藝的SMD脈沖變壓器。該產(chǎn)品不僅解決了以往產(chǎn)品因手工卷線而產(chǎn)生的特性不均衡問題，而且與同等性能的舊產(chǎn)品相比大幅度減小了其實裝面積，可以說是LAN用脈沖變壓器的新基礎(chǔ)。

LAN的主流以太網(wǎng)（Ethernet）與電腦同步發(fā)展

以太網(wǎng)于1980年代初在美國誕生，現(xiàn)在被全世界廣泛采用，是LAN的主流。起初它主要被用于連接企業(yè)和研究所等工作站，隨著電腦的開發(fā)和普及，LAN繼而發(fā)展成為連接復(fù)數(shù)臺電腦的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其市場也達(dá)到了迅速發(fā)展。連接各個獨(dú)立LAN的廣域網(wǎng)叫WAN，連接家庭內(nèi)電腦和AV設(shè)備的系統(tǒng)被稱為Home network或家庭寬帶。與利用電波的無線LAN不同，以太網(wǎng)用電纜連接，在傳送數(shù)據(jù)上具有高速并高可靠性等特點(diǎn)。

以太網(wǎng)按傳送速度以及電纜的不同，有多種不同的規(guī)格。比如，100BASE-T、1000BASE-T的100、1000 表示傳送速度為100Mbps、1000Mbps（1Gbps），T表示連接電纜是雙絞線。

脈沖變壓器是LAN接口的關(guān)鍵元件

有LAN端子的電子設(shè)備，由于其內(nèi)部配備有LAN適配器，所以只要和LAN電纜連接就可以簡單地構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)。以前電腦上沒有標(biāo)準(zhǔn)配備LAN適配器，而是利用需插入電腦的卡式LAN適配器。內(nèi)置LAN適配器在電腦上的標(biāo)準(zhǔn)配備，是由寬帶因特網(wǎng)的普及引起的。

LAN端子的模塊插孔比電話插孔稍大，叫RJ45接頭。RJ45接頭在LAN適配器內(nèi)部通過共模扼流圈和脈沖變壓器以及收發(fā)器IC相連接。RJ45接頭、共模扼流圈以及脈沖變壓器搭載于一個小型模塊，這個模塊被稱為LAN連接器。

脈沖變壓器是為傳送脈沖波形信號而設(shè)計的。其設(shè)計目的與電源變壓器不同，不是為了輸送電力，因此可以內(nèi)藏于連接器實現(xiàn)小型化。

在環(huán)形磁芯上進(jìn)行手工卷線的傳統(tǒng)工藝

脈沖變壓器結(jié)構(gòu)很簡單，只是在一個環(huán)形磁芯（圓型磁芯）上纏上一次和二次卷線。這個電子元件原理和結(jié)構(gòu)雖然簡單，可是產(chǎn)品設(shè)計、磁芯材料的選定、卷線工藝以及確保穩(wěn)定品質(zhì)卻極難。

采用環(huán)形磁芯，是因為它和有缺口的磁芯相比，能降低漏泄磁通（Leakage flux），達(dá)到高性能化。因此，一直以來脈沖變壓器的設(shè)計都以采用環(huán)形磁芯為前提。但由于受環(huán)形形狀的制約，自動卷線工藝很難利用，一直只能依靠手工制作。而另一方面，手工卷線又難免使特性產(chǎn)生不均衡，導(dǎo)致影響品質(zhì)穩(wěn)定，提高量產(chǎn)難度。

新工藝的采用源于“哥倫布的雞蛋”般的創(chuàng)意

隨著以電腦為首，數(shù)碼電視機(jī)等各種AV設(shè)備的LAN端子的標(biāo)準(zhǔn)配備的進(jìn)一步發(fā)展，LAN用脈沖變壓器的穩(wěn)定供應(yīng)成了市場一大需求。但是，環(huán)形磁芯由于受其形狀前提的限制，卷線的自動化極其困難，無法應(yīng)對市場需求。

正是TDK的SMD型脈沖變壓器ALT系列解決了這個難題。該產(chǎn)品采用自動卷線工藝制成，這個新工藝源于“哥倫布的雞蛋”般的創(chuàng)意。

引起這個構(gòu)思的是多用于減噪對策元件的SMD型共模濾波器。共模濾波器與脈沖變壓器基本結(jié)構(gòu)相同，也是在環(huán)形磁芯上纏繞兩條卷線。TDK為實現(xiàn)量產(chǎn)化，領(lǐng)先確立了首先在鼓型磁芯上自動卷線，然后將其和平板磁芯相結(jié)合的制造工藝。共模濾波器的這種磁芯結(jié)構(gòu)和自動卷線工藝幾乎完全可以應(yīng)用在脈沖變壓器上。SMD型脈沖變壓器就這樣誕生了。

卷線結(jié)構(gòu)需要高度技術(shù)和專業(yè)知識

變壓器的一次卷線和二次卷線的結(jié)合程度叫結(jié)合系數(shù)（k）。理想的結(jié)合系數(shù)是k=1，但實際上由于會產(chǎn)生漏泄磁通，結(jié)合系數(shù)通常小于1。

如何使結(jié)合系數(shù)接近1是變壓器設(shè)計的重要目標(biāo)。如上所述，磁芯缺口會引起漏泄磁通的產(chǎn)生，而漏泄磁通（Leakage Inductance）會降低變壓器的性能。在采用對應(yīng)自動卷線工藝的新形狀的同時，TDK還將鼓型磁芯和平板磁芯的結(jié)合缺口減小到以往產(chǎn)品的一半以下，極力降低了漏泄磁通。

卷線結(jié)構(gòu)也和結(jié)合系數(shù)的低下有密切關(guān)系。因為變壓器的卷線里存在著電路圖上沒有表示的一種叫寄生容量的電容。從電氣角度上來說，卷線是被絕緣的。但是由于卷線之間的電位差，致使鄰接的卷線之間會產(chǎn)生如同電容電極板一樣的作用。這種寄生容量叫卷線容量。另外，一次卷線和二次卷線之間還存在一種叫卷線分布容量的寄生容量。由于這些寄生容量和漏泄磁通擁有前者減小后者增大的權(quán)衡關(guān)系，卷線結(jié)構(gòu)需要高度的技術(shù)和專業(yè)知識。

采用最適用脈沖變壓器的鐵氧體磁芯

由于脈沖波形具有極寬的頻率帶域，有的磁芯材質(zhì)會使脈沖波形產(chǎn)生很大的畸變，導(dǎo)致信號品質(zhì)的劣化。

例如以太網(wǎng)的100BASE-T用脈沖變壓器，在印加8mA直流偏流的狀態(tài)下，可得到350μH以上的電感值。因此，需要使用即使印加直流偏流磁場也能利用磁化曲線直線部分的，有優(yōu)異直流重疊特性的鐵氧體材料（越接近彎曲部分波形畸變越大）。也就是說，磁芯材料需要擁有極高的透磁率和飽和磁通密度，并且，這個特性還有必要滿足一般的LAN使用溫度環(huán)境。

TDK深化了長年積累的鐵氧體技術(shù)，重新組合材料并改進(jìn)微細(xì)結(jié)構(gòu)，專門開發(fā)了適用于脈沖變壓器的鐵氧體材料。ALT系列采用了能夠?qū)?yīng)下一代高速LAN技術(shù)要求的最佳材料。

以自動化工藝實現(xiàn)了與以往產(chǎn)品同等的高性能

SMD型小型產(chǎn)品ALT系列，實現(xiàn)了以往被認(rèn)為自動化工藝極難實現(xiàn)的LAN脈沖變壓器所需的高可靠性特性。從右邊眼圖可以看出，該產(chǎn)品既實現(xiàn)了SMD型小型化，還達(dá)到了和以往產(chǎn)品同等的信號完整性。

ALT系列脈沖變壓器還有一個很大的特點(diǎn)就是，它在采用自動卷線工藝的同時，還采用了自動熱壓著工藝來結(jié)合端子電極和卷線。自動化熱壓著工藝代替了以往的手工卷線和焊接工序，這顯著地提高了品質(zhì)穩(wěn)定性。

另外，以往產(chǎn)品從電氣檢驗到編帶包裝，是以爐單位半自動進(jìn)行的。而ALT系列則實現(xiàn)了自動化連續(xù)工程。

減小實裝面積大幅度實現(xiàn)小型化

LAN脈沖變壓器一般和共模扼流圈等元件一起被搭載在一個模塊上。以往在這樣的LAN模塊上安裝脈沖變壓器時，有必要用手工做一些復(fù)雜的配線處理，然后手工焊接或用樹脂來對元件進(jìn)行固定。而ALT系列是SMD型產(chǎn)品，所以可以在回流焊接時和其他元件一并搭載在基板上，大大減少了工時。

另外，小型化還有利于節(jié)省占用空間。就算并用差動傳送方式中的減噪元件，實裝面積也能減少大約40～60％（在與本公司ALC系列共模濾波器組合，單個實裝在基板上的情況下）。

并且，ALT系列是TDK正在積極推進(jìn)的環(huán)保型產(chǎn)品，與以往產(chǎn)品相同，不含鉛以及鉛化合物，同時對應(yīng)無鉛焊接，是完全無鉛產(chǎn)品。還有，為滿足力爭在最終成品實現(xiàn)完全無鹵化的顧客的需求，ALT系列還實現(xiàn)了無鹵化。

面向融合有線·無線的下一代高速LAN

雖然無線LAN在不斷普及，然而有線LAN有它固有的特長，那就是高速度傳送能力以及不受電波干涉的穩(wěn)定性。LAN用脈沖變壓器作為一個關(guān)鍵元件，其特性也有必要對應(yīng)下一代以太網(wǎng)。

在服務(wù)器及路由器方面，脈沖變壓器需要進(jìn)一步滿足高速對應(yīng)、高可靠性需求，筆記本電腦、數(shù)碼電視、HDD記錄器以及游戲機(jī)有進(jìn)一步小型化、低背化的需求，而FA領(lǐng)域則要求在廣大的溫度范圍內(nèi)進(jìn)一步提高性能。

ALT系列在業(yè)內(nèi)首次實現(xiàn)用自動卷線工藝來生產(chǎn)小型SMD元件，產(chǎn)品性能優(yōu)異，能對應(yīng)從家用到工業(yè)領(lǐng)域等廣泛用途。TDK將結(jié)合長年積累的材料技術(shù)、工藝技術(shù)以及評價模擬技術(shù)等核心技術(shù)，面向有線、無線互相融合的下一代高速網(wǎng)絡(luò)社會，為滿足各種需求持續(xù)提供先進(jìn)的LAN相關(guān)產(chǎn)品。

主要特點(diǎn)

SMD型，對應(yīng)自動卷線工藝，可按顧客需求提供不同的產(chǎn)品形態(tài)。

自動搭載、對應(yīng)回流焊接、對應(yīng)無鹵化。

主要用途

數(shù)碼家電、機(jī)頂盒、電腦等配載了LAN接口的民用/工業(yè)設(shè)備

形狀·尺寸/電路圖

主要規(guī)格

*1 DC Bias 8mA , 100kHz
*2 0.1 to 100MHz

審核編輯：湯梓紅