FR2544543A1 - POWER TRANSFORMER VHF - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LES TRANSFORMATEURS DE PUISSANCE POUR LES COURANTS DE TRES HAUTE FREQUENCE, NOTAMMENT UTILISES DANS LES EMETTEURS RADIOS. LE TRANSFORMATEUR COMPORTE DEUX INDUCTANCES 1 ET 2 DECOUPEES DANS UNE MEME FEUILLE DE CUIVRE PAR UN PROCEDE PHOTOGRAPHIQUE ET CHIMIQUE, PUIS COLLEES SUR UNE PLAQUE DE CERAMIQUE 3. DES PONTS DE CUIVRE ENTRE LES DEUX INDUCTANCES 1 ET 2 ET A L'INTERIEUR DE LEUR SPIRALE PERMETTENT DE DEFINIR AVEC PRECISION LA POSITION RELATIVE ET DONC LES CARACTERISTIQUES DES DEUX INDUCTANCES 1, 2; ILS SONT ELIMINES APRES L'OPERATION DE COLLAGE. DES DOUILLES 9, 10, 11, 12 PERMETTENT LE BRANCHEMENT DE CONNEXIONS SUR LES INDUCTANCES 1 ET 2. LA PLAQUE DE CERAMIQUE 3 EST ENFERMEE DANS UN BOITIER COMPORTANT DEUX RAINURES 13 ET 15 OU ELLE EST MAINTENUE EN CONTACT AVEC LE METAL DU BOITIER PAR DEUX RESSORTS EN ACCORDEON 7 ET 8 AFIN DE TRANSMETTRE AU BOITIER 5 LA CHALEUR DISSIPEE PAR LES INDUCTANCES 1 ET 2, TRANSMISE PAR LA PLAQUE DE CERAMIQUE 3. APPLICATION AUX EMETTEURS DE RADIO VHF.THE INVENTION CONCERNS POWER TRANSFORMERS FOR VERY HIGH FREQUENCY CURRENTS, IN PARTICULAR USED IN RADIOS TRANSMITTERS. THE TRANSFORMER INCLUDES TWO INDUCTANCES 1 AND 2 CUT FROM A SINGLE COPPER SHEET BY A PHOTOGRAPHIC AND CHEMICAL PROCESS, THEN GLUED ON A CERAMIC PLATE 3. COPPER BRIDGES BETWEEN THE TWO INDUCTANCES 1 AND 2 AND INSIDE THEIR SPIRAL ALLOW TO DEFINE WITH PRECISION THE RELATIVE POSITION AND THEREFORE THE CHARACTERISTICS OF THE TWO INDUCTANCES 1, 2; THEY ARE ELIMINATED AFTER THE BONDING OPERATION. SOCKETS 9, 10, 11, 12 ALLOW THE CONNECTION OF CONNECTIONS TO INDUCTANCES 1 AND 2. CERAMIC PLATE 3 IS ENCLOSED IN A BOX WITH TWO SLOTS 13 AND 15 WHERE IT IS MAINTAINED IN CONTACT WITH THE METAL OF THE BOX BY TWO SPRINGS IN ACCORDEON 7 AND 8 IN ORDER TO TRANSMIT TO BOX 5 THE HEAT DISSIPATED BY INDUCTANCES 1 AND 2, TRANSMITTED BY CERAMIC PLATE 3. APPLICATION TO VHF RADIO TRANSMITTERS.
Description
Transformateur VHF de puissance L'invention concerne un transformateurVHF power transformer The invention relates to a transformer
pour des courants de très haute fréquence et d'intensité élevée tels que ceux utilisés dans les émetteurs radio VHF Un tel transformateur est constitué d'une pluralité d'inductances couplées entre elles Ces inductances dissipent une quantité importante de chaleur lorsque le courant qui les parcourt a une intensité élevée Ces inductances sont enfermées dans un boîtier constituant un blindage radioélectrique et un dissipateur thermique En général il est nécessaire que les caractéristiques des inductances soient précises, pour être reproductibles facilement en séries, et qu'elles possèdent un faible for very high frequency and high intensity currents such as those used in VHF radio transmitters Such a transformer consists of a plurality of inductances coupled together. These inductances dissipate a large amount of heat when the current flowing through them. at a high intensity These inductors are enclosed in a housing constituting a radio shield and a heat sink In general it is necessary that the characteristics of the inductances are precise, to be reproducible easily in series, and that they have a low
coefficient de température.temperature coefficient.
Il est connu de réaliser un tel transformateur en bobinant du fil de cuivre argenté sur un mandrin en céramique comportant un filetage pour définir la position du fil Ce procédé a pour inconvénient une mauvaise reproductibilité des caractéristiques des inductances, notamment de leurs It is known to produce such a transformer by winding silver copper wire on a ceramic mandrel having a thread for defining the position of the wire. This method has the disadvantage of a poor reproducibility of the characteristics of the inductors, in particular their
coefficients de mutuelle induction qui dépendent de leur position relative. mutual induction coefficients that depend on their relative position.
D'autre part, il est connu de réaliser des transformateurs VHF, de faible puissance, en gravant une pluralité d'inductances sur un substrat pour circuits imprimés par un des procédés classiques de réalisation de circuits imprimés Les transformateurs ainsi obtenus ne peuvent pas dissiper une puissance élevée parce que la faible épaisseur de la feuille métallique, environ 50 microns, et la mauvaise conductibilité du substrat isolant, qui est en général un tissu de fibres de verre imprégné de résine époxy, ne permettent pas une transmission suffisante de la chaleur, et parce que la faible température de décomposition de la résine ne permet pas une On the other hand, it is known to produce low-power VHF transformers by etching a plurality of inductors on a printed circuit substrate by one of the conventional methods of producing printed circuits. The transformers thus obtained can not dissipate a voltage. high power because the small thickness of the metal foil, about 50 microns, and the poor conductivity of the insulating substrate, which is generally a fiberglass cloth impregnated with epoxy resin, do not allow sufficient heat transmission, and because the low decomposition temperature of the resin does not allow a
température de fonctionnement élevée Le transformateur selon l'inven- high operating temperature The transformer according to the invention
tion remédie à ces inconvénients par des moyens simples. This remedy is remedied by simple means.
Selon l'invention un transformateur VHF de puissance, est carac- According to the invention, a power VHF transformer is
térisé en ce qu'il comporte:characterized in that it comprises:
une pluralité d'inductances découpées dans une même feuille métal- a plurality of inductors cut from the same metal sheet
lique ayant une faible résistance thermique, et revêtues d'un dépôt métallique très bon conducteur électrique; une plaque d'un matériau ayant de faibles pertes électriques aux très hautes fréquences et une faible résistance thermique, plaque sur laquelle est collée la pluralité d'inductances, par une colle ayant une faible résistance thermique et une bonne tenue aux variations de tempéra- ture; une partie de la surface de la plaque, sur sa périphérie, étant laissée inoccupée; un boîtier métallique enfermant la plaque; des moyens pour maintenir en contact le boîtier avec la partie non occupée de la plaque, pour transmettre la chaleur qui est dégagée par la pluralité d'inductances et qui est transmise par la plaque, afin de dissiper having a low thermal resistance, and coated with a metal deposit very good electrical conductor; a plate of a material having low electrical losses at very high frequencies and a low thermal resistance, a plate on which the plurality of inductances is bonded, by an adhesive having a low thermal resistance and good resistance to temperature variations ; a part of the surface of the plate, on its periphery, being left unoccupied; a metal case enclosing the plate; means for keeping the housing in contact with the unoccupied part of the plate, for transmitting the heat which is released by the plurality of inductors and which is transmitted by the plate, in order to dissipate
cette chaleur dans l'atmosphère à l'extérieur du boîtier. this heat in the atmosphere outside the housing.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparattront à The invention will be better understood and other details will appear at
l'aide de la description suivante et de la figure l'accompagnant, qui with the following description and the accompanying figure, which
représente un exemple de réalisation du transformateur selon l'invention. represents an exemplary embodiment of the transformer according to the invention.
Dans cet exemple de réalisation le transformateur selon l'inven- In this embodiment, the transformer according to the invention
tion comporte deux inductances, 1 et 2, identiques et couplées entre elles. tion has two inductors, 1 and 2, identical and coupled together.
Elles ont chacune la forme d'une spirale plane découpée dans une plaque de cuivre de 500 microns d'épaisseur et recouverte des deux côtés d'une They each have the shape of a planar spiral cut in a copper plate 500 microns thick and covered on both sides with a
couche d'argent électrolytique de 5 microns d'épaisseur La forte épais- layer of electrolytic silver 5 microns thick The thick
seur de métal procure une bonne conductibilité thermique et le revête- metal provides good thermal conductivity and the coating
ment d'argent procure une bonne conductibilité électrique pelliculaire. silver provides good electrical conductivity pellicle.
Les inductances 1 et 2 sont collées sur une plaque 3, en céramique à 96 % d'alumine ayant une épaisseur de 1,27 millimètres Afin de transmettre la The inductors 1 and 2 are bonded to a plate 3 made of 96% alumina ceramic having a thickness of 1.27 millimeters.
chaleur dissipée par la self, et ne pas provoquer des pertes supplémen- heat dissipated by the self, and not to cause additional losses.
taires, la céramique utilisée a une conductibilité thermique supérieure à 0,05 cal cm/cm s O C, et un angle de perte à 100 M Hz dont la tangente est inférieure à 5 10 4 Dans cet exemple elle est du type TSI fabriqué The ceramic used has a thermal conductivity greater than 0.05 cal cm / cm s O C, and a loss angle at 100 M Hz whose tangent is less than 5 10 4 In this example it is of the TSI type manufactured
par L C C (France) La colle utilisée doit pouvoir supporter une tempéra- by L C C (France) The glue used must be able to withstand
ture au moins égale à 1501 C, avoir une conductibilité thermique au moins égale à 0,002 cal cm/cm s O C, et avoir une charge de rupture au cisaillement au moins égale à 6 000 p s i afin de résister à la différence de dilatation du cuivre et de la céramique Dans cet exemple la colle utilisée est du type ABLEBOND 789-1 fabriqué par ABLESTICK LABORATORIES USA A chaque extrémité des inductances 1 et 2, un trou est percé dans la céramique pour fixer une douille femelle, 9, 10, 11, 12, perpendiculaire à la plaque 3 Les deux inductances, 1 et 2, sont collées sur une même face de la plaque 3, mais les douilles 9 et 10 de l'inductance 1 sont situées sur une première face alors que les douilles 11 et 12 de l'inductance 2 sont situées sur la deuxième face de la plaque 3 Chaque douille possède à une extrémité, dans le prolongement de son axe de révolution, un picot de diamètre égal au diamètre du trou percé dans la céramique et de longueur supérieure à l'épaisseur de la plaque de céramique, de façon à permettre une soudure sur le métal de l'inductance, soit sur la première face, soit sur la deuxième face de la plaque 3 Dans cet exemple les douilles 11 et 12 sont situées du côté de la deuxième face, at least 1501 ° C, have a thermal conductivity of at least 0.002 cal cm / cm s OC, and have a shear breaking load of at least 6,000 psi to withstand the difference in copper expansion and In this example the adhesive used is ABLEBOND type 789-1 manufactured by ABLESTICK LABORATORIES USA At each end of the inductors 1 and 2, a hole is drilled in the ceramic to fix a female socket, 9, 10, 11, 12 perpendicular to the plate 3 The two inductors, 1 and 2, are glued on the same face of the plate 3, but the sockets 9 and 10 of the inductor 1 are located on a first face while the sockets 11 and 12 of inductance 2 are located on the second face of the plate 3 Each socket has at one end, in the extension of its axis of revolution, a pin of diameter equal to the diameter of the hole drilled in the ceramic and of greater length than the Thickn of the ceramic plate, so as to allow a weld on the metal of the inductor, either on the first face or on the second face of the plate 3 In this example the sockets 11 and 12 are located on the side of the second face,
leurs picots traversant la céramique et permettent de les souder à l'induc- their pins passing through the ceramic and allow them to be welded to the inductive
tance 2 qui est collée sur la première face de la plaque 3 Les douilles 9 et sont soudées à leur base sur l'inductance 1, car elles sont situées du 2 which is glued to the first face of the plate 3 The sockets 9 and are welded at their base on the inductor 1, because they are located
côté de la première face.side of the first side.
Les inductances I et 2 sont découpées dans une même feuille de cuivre par une attaque chimique Les parties de cette feuille, qui sont destinées à constituer les inductances, ont été protégées par une résine photosensible qui a été insolée par un procédé photographique, puis traitée par un solvant pour enlever la résine couvrant les parties du cuivre qui doivent être attaquées Pour maintenir les inductances dans une position relative bien déterminée, il est prévu de laisser des ponts de cuivre entre les deux inductances I et 2, et à l'intérieur de la spirale de chacune d'elles Ces ponts de cuivre sont éliminés après l'opération de collage, par un meulage, ou par une abrasion au jet de sable Ce procédé permet The inductances I and 2 are cut from the same copper foil by etching. The parts of this foil, which are intended to constitute the inductances, have been protected by a photoresist which has been insolated by a photographic process and then treated with a solvent to remove the resin covering the parts of the copper to be attacked To maintain the inductances in a well-defined relative position, it is expected to leave copper bridges between the two inductors I and 2, and within the These copper bridges are removed after the bonding operation, by grinding, or by sandblasting.
d'obtenir une excellente reproductibilité des caractéristiques des induc- to obtain excellent reproducibility of the characteristics of the induc-
tances. La plaque 3 est enfermée dans un boîtier constituant un blindage radioélectrique et un dissipateur de chaleur Il est réalisé en aluminium recouvert d'un dépôt électrolytique de cuivre, de 15 microns d'épaisseur, et un dépôt d'argent de 7 microns d'épaisseur Il comprend un profilé creux , fermé à ses deux extrémités par deux flasques rapportés, 4 et 6 Le profilé creux 5 a une section interne rectangulaire et une section externe comportant une semelle longitudinale large permettant de fixer le boîtier sur une surface plane et de transmettre à cette surface la chaleur dissipée par le transformateur Le profilé 5 comporte deux rainures 13 et 15 creusées à l'intérieur, parallèlement à son grand axe Elles sont situées dans le plan de symétrie du profilé 5 Leur longueur et leur écartement stances. The plate 3 is enclosed in a housing constituting a radio shield and a heat sink It is made of aluminum coated with a copper electrolytic deposit, 15 microns thick, and a silver deposit of 7 microns thick It comprises a hollow profile, closed at its two ends by two reported flanges, 4 and 6 The hollow section 5 has a rectangular internal section and an outer section having a wide longitudinal flange for fixing the housing on a flat surface and transmitting to this surface the heat dissipated by the transformer The section 5 comprises two grooves 13 and 15 hollowed out, parallel to its major axis They are located in the plane of symmetry of the section 5 Their length and their spacing
sont respectivement égaux à la longueur et à la largeur de la plaque 3. are respectively equal to the length and width of the plate 3.
Leur largeur est supérieure à l'épaisseur de la-plaque 3 La plaque 3 est insérée dans ces rainures Les parois du profile 5 ont une épaisseur de 8 millimètres sauf dans les rainures 13 et 15 Les rainures ont une profondeur de 6 millimètres La périphérie de la seconde face de la plaque 3 est en contact avec une première paroi de la rainure 13 et avec une première paroi de la rainure 15, sous la pression respectivement de deux ressorts en accordéon 7 et 8, qui sont insérés respectivement entre la première face de la plaque 3 et une seconde paroi de la rainure 13, et entre la première face de la plaque 3 et une seconde paroi de la rainure Les rainures 13 et 15 comportent respectivement un décrochement 14 et un décrochement 16 permettant de maintenir en place les ressorts 7 et 8 Naturellement les inductances 1 et 2 sont situées sur la plaque 3 suffisamment éloignées des bords pour éviter tout contact avec le boîtier métallique La chaleur, dissipée dans les inductances 1 et 2, est conduite par la plaque de céramique 3 puis est transmise au boîtier grâce à la zone de contact, de surface importante, existant sur les premières faces des rainures 13 et 15 Cette surface correspond à la profondeur des rainures 13 et 15 et à la longueur de la plaque 3 Ce contact est maintenu en permanence par les ressorts en accordéon 7 et 8, qui absorbent aussi les Their width is greater than the thickness of the plate 3 The plate 3 is inserted into these grooves The walls of the profile 5 have a thickness of 8 millimeters except in the grooves 13 and 15 The grooves have a depth of 6 millimeters The periphery of the second face of the plate 3 is in contact with a first wall of the groove 13 and with a first wall of the groove 15, under the pressure respectively of two accordion springs 7 and 8, which are respectively inserted between the first face of the plate 3 and a second wall of the groove 13, and between the first face of the plate 3 and a second wall of the groove The grooves 13 and 15 respectively comprise a recess 14 and a recess 16 for holding in place the springs 7 and 8 Naturally the inductors 1 and 2 are located on the plate 3 sufficiently far from the edges to avoid contact with the metal casing The heat, dissipated in the inductan these 1 and 2, is driven by the ceramic plate 3 and is transmitted to the housing through the contact area, large area, existing on the first faces of the grooves 13 and 15 This surface corresponds to the depth of the grooves 13 and 15 and the length of the plate 3 This contact is maintained permanently by the accordion springs 7 and 8, which also absorb the
variations dimentionnelles dues aux variations de température Les fla- dimensional changes due to temperature variations
ques 4 et 6 sont découpés dans une plaque de 8 millimètres d'épaisseur à la forme de la section du profilé 5, et sont fixés à celui-ci par quatre vis non représentées sur la figure Deux trous, 17 et 18, sont percés dans le profilé 5, dans une face parallèle à la plaque 3, et débouchent en face des douilles 9 et 10 afin de permettre le branchement d'une connexion sur ces douilles Deux autres trous sont percés dans la face opposée du profilé 5, et ne sont pas représentés sur la figure, ils permettent le branchement de 4 and 6 are cut from a plate 8 millimeters thick to the shape of the section of the profile 5, and are fixed thereto by four screws not shown in FIG. Two holes, 17 and 18, are drilled in the profile 5, in a face parallel to the plate 3, and open opposite the bushings 9 and 10 to allow the connection of a connection on these bushings Two other holes are drilled in the opposite face of the section 5, and are not shown in the figure, they allow the connection of
connexions sur les douilles 11 et 12 aux extrémités de l'inductance 2. connections on the sockets 11 and 12 at the ends of the inductor 2.
Dans un exemple de réalisation o les inductances ont une valeur de 75 nanohenrys, la reproductibilité est de + 0,5 %, le coefficient de surtension est supérieur à 150, le coefficient de température est inférieur à 10 4, la puissance dissipable est de 16 watts, pour une gamme de In an embodiment where the inductances have a value of 75 nanohenries, the reproducibility is + 0.5%, the overvoltage coefficient is greater than 150, the temperature coefficient is less than 10 4, the dissipatable power is 16 watts, for a range of
fréquence allant de 30 à 90 mégahertz. frequency ranging from 30 to 90 megahertz.
Il est à la portée de l'homme de l'art d'adapter le transformateur selon l'invention pour augmenter le nombre d'inductances, ou le nombre de prises sur chaque inductance, pour utiliser un type de ressort différent de celui des ressorts en accordéon 7 et 8, ou pour utiliser un boîtier It is within the abilities of those skilled in the art to adapt the transformer according to the invention to increase the number of inductances, or the number of taps on each inductor, to use a type of spring different from that of the springs. accordion 7 and 8, or to use a case
différent, la caractéristique essentielle étant qu'une surface non négligea- different, the essential feature being that a non-negligible surface
ble de la périphérie de la plaque 3 ait un bon contact thermique avec le métal du boîtier Il est possible d'usiner les inductances par toute méthode de gravure utilisée pour réaliser des circuits imprimés, mais il est possible aussi d'utiliser d'autres méthodes permettant d'usiner avec précision une the periphery of the plate 3 has a good thermal contact with the metal of the housing It is possible to machine the inductances by any method of engraving used to make printed circuits, but it is also possible to use other methods allowing to precisely machine a
plaque de métal mince.thin metal plate.
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