Ratgeber
Transformatoren zur Umsetzung von Netz- in Betriebsspannungen sind meist relativ groß und schwer. Vor allem dann, wenn sie Leistungen jenseits von etwa 50 Voltampere bereitstellen sollen. Ihre Montage findet deshalb überwiegend auf dem Chassis per Fußwinkel und Schraubverbindung statt.
Genügen allerdings deutlich geringere Leistungen zum Betrieb eines eher kleinen Geräts, bietet sich zur Stromversorgung ein Printtransformator an. Vorteil: Er sitzt unmittelbar auf der „gedruckten“ Schaltung, ist per SMT direkt mit der Platine verbunden. Lesen Sie hier, was genau diese beiden Trafo-Typen unterscheidet und wo die Vorteile der Print-Montage liegen.
Betrachten wir zunächst die Gemeinsamkeiten: Jeder Transformator ist eine passive Komponente, die elektrische Energie von einem Stromkreis auf einen anderen Stromkreis oder mehrere Stromkreise überträgt. Dabei erzeugt ein Wechselstrom – abgekürzt VAC – in einer beliebigen Spule des Transformators einen variierenden magnetischen Fluss im Eisen- oder Ferritkern des Transformators. Der Kern wiederum induziert einen Wechselstrom in allen anderen Spulen, die um ihn gewickelt sind. Elektrische Energie lässt sich so zwischen getrennten Spulen übertragen, ohne dass eine metallische – und somit leitende – Verbindung zwischen den beiden Stromkreisen besteht. Es handelt sich somit um eine galvanische Trennung der Stromkreise.
Universal-Netztransformatoren zur Chassis-Montage und solche für die Print-Montage werden üblicherweise zur Verringerung hoher Wechselspannungen in der elektrischen Energieversorgung verwendet. Aber damit enden schon die Gemeinsamkeiten.
Auf der Primär- oder Eingangsseite beider Trafo-Typen liegt in der Regel zwar die Netzspannung von 115 oder 230 Volt an, auf der Sekundärseite oder dem Ausgang stehen jedoch bei Universal-Netztransformatoren Spannungen von bis zu 36 Volt, Ströme von bis zu 15 Ampere und Leistungen von bis zu 198 Voltampere zur Verfügung.
Print-Trafos können da nicht mithalten. Ihre Sekundärspannungen reichen oft lediglich bis zu 30 Volt, bei Strömen liegt die Grenze bei etwa 6 Ampere und bei der Leistung ist selten mehr als 50 Voltampere zu entnehmen. Doch dafür besitzen Printtransformatoren Eigenschaften, die Universal-Netztransformatoren nicht bieten können.
Maße und Gewicht
Typische Universal-Netztransformatoren kleinerer Leistungsklassen benötigen eine Chassis-Montagefläche von mindestens 50 mal 64 Millimeter bei einer Bauhöhe von rund 54 Millimeter.Sie wiegen etwa 600 Gramm.
Printtransformatoren mit beispielsweise 1,20 Voltampere Leistung begnügen sich dagegen mit 33 mal 28 Millimeter Fläche und 24 Millimeter Höhe – bei einem Gewicht von nur 80 Gramm.
Montage
Zur Chassis-Montage sind bei Universal-Netztransformatoren Fußwinkel aus Metall nötig. Zur Befestigung dienen Schrauben und Muttern.
Printtransformatoren dagegen sitzen direkt auf der Platine, ihre Anschlüsse zum Durchstecken sind Lötstifte oder Lötschwerter im typischen Rastermaß von 2,54 Millimeter beziehungsweise einem Zoll/Inch. Sie lassen sich somit recht schnell und einfach auf Standard-Lochrasterplatten befestigen, was beispielsweise für den Prototypenbau oder Kleinserien die Produktion vereinfacht. Einige Typen verfügen über zusätzliche lötfähige Leerstifte für eine höhere mechanische Stabilität des Trafos.
Sicherheit
Für Komponenten, die direkt für den Anschluss am Netzstrom ausgelegt sind, herrschen naturgemäß besonders hohe Sicherheitsanforderungen. Auch in diesem Bereich sind Printtransformatoren gängigen Universal-Netztrafos überlegen.
Dazu gehören zum Beispiel die Zweikammerausführung, die unter einem Vakuum vergossenen Spulenkörper und das allseitig geschlossene Kunststoffgehäuse. Das macht sie resistent gegen Luft und Feuchtigkeit. Bei unvergossenen Printtransformatoren sind die beiden Wickelkörper schutzisoliert. Hinzu kommt bei einigen Typen die UL-Zertifizierung sowohl hinsichtlich der eingesetzten Materialien als auch bei der Konstruktion und Fertigung.
Durchweg alle qualitativ hochwertigen Trafos für die Print-Montage sind RoHS-konform, enthalten somit weder Cadmium, Quecksilber und Blei noch bestimmte Phenyl- und Chlorverbindungen.
Die Schutzisolierung entspricht der Schutzklasse II, entsprechend der VDE-Norm 0140 beziehungsweise der Norm EN/IEC 61140. Alle leitfähigen Teile der Trafos sind daher gegen Berührungen geschützt, wenn innerhalb des Bauelements Isolationsfehler auftreten und die Teile Spannung führen könnten.
Mechanische Belastungen
Durch das allseitig geschlossene Gehäuse und die rundum vergossenen Spulenkörper sind Print-Netzteile auch gegen extreme Beschleunigung, Vibrationen und hohe Temperaturen geschützt. Das macht sie besonders für Anwendungen im Maschinen- und Anlagenbau interessant.
Unser Praxistipp
Bauteile mit vielen Anschlüssen auf Leiterplatten zu wechseln, ist eine Herausforderung für Lötprofis. Oft sind Leiterplatten mithilfe industrieller Lötverfahren bestückt worden, so dass ein Wechsel der Trafos in vielen Fällen ebenfalls professionelle Löttechnik erfordert. In unserem Onlineshop finden Sie Lötzubehör für jeden Einsatzzweck. Damit sind Sie gut ausgestattet und riskieren nicht, Zerstörungen an Leiterbahnen oder Bauelementen zu verursachen.
Wie lassen sich eingelötete Print-Netzteile von der Platine entfernen?
Ist ein Netzteil von der Leiterplatte zu entfernen – zum Beispiel nach einem Defekt – sollte zunächst ein möglichst baugleiches und technisch identisch ausgestattetes Ersatzteil verwendet werden. Zum Auslöten stehen Entlötpumpen oder Entlötlitzen zur Verfügung. Diese Hilfsmittel saugen das durch einen Lötkolben erhitzte Lot per Saug- oder Kapillarwirkung von der Lötstelle.
Gibt es auch Print-Trafos mit Gleichstromausgang?
Nein, wie bei allen Netztransformatoren stehen auf der Sekundärseite auch hier ausschließlich Wechselspannungen (VAC) zur Verfügung. Zur Umwandlung in Gleichstrom ist deshalb eine Gleichrichterschaltung, beispielsweise über einen Brückengleichrichter, notwendig. Die Verlustleistung dieser und eventuell noch weiterer Schaltkreise zur Stabilisierung der Gleichspannung ist bei der Auswahl des Print-Trafos zu berücksichtigen.
Lassen sich Trafos für die Leiterplatten-Montage auch durch Schrauben befestigen?
Trafos ab etwa 5 Voltampere sind oft mit Laschen versehen, über die das Bauteil auf die Platine geschraubt werden kann. Vorausgesetzt, entsprechende Bohrungen sind in der Leiterplatte vorhanden.
Was bedeutet der Begriff „selbstverlöschend“ in den technischen Daten?
Dieser Aspekt bezieht sich auf das Vergussmaterial für die Spulenkörper, in der Regel Gießharz. Sollte es zum Beispiel innerhalb des Trafos einen Kurzschluss mit Funkenbildung geben, wird der potenzielle Brand durch das Gießharz automatisch gelöscht. Dieses Sicherheitsmerkmal ist in der Norm UL 94 – Prüfung der Entflammbarkeit von Kunststoffen für Teile in Geräten und Apparaten – enthalten. Die von den US-amerikanischen Underwriters Laboratories (UL) herausgegebene Norm bestimmt die Tendenz eines Materials, die Flamme entweder zu löschen oder zu verbreiten, sobald die Probe entzündet wurde. UL 94 ist mit IEC 60695-11-10, 60695-11-20 sowie ISO 9772 und 9773 harmonisiert.