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创新型分离式网络变压器已取代传统网络变压器成为市场新主流

时间:2021-10-13 阅读:
西北台庆凭借40多年的磁性材料经验与成熟的工字型线圈生产工艺,在分离式网络变压器发展初期即积极投入量产及应用测试设备,提供客户分离式网络变压器优化设计,经过多年努力,在分离式网络变压器的市占率已高达95%以上

自1990年双绞线以太网络10Bas-T规格确立后, 以太网络变压器变成双绞线以太网络电路中必不可或缺的元器件,且双绞线以太网络规格在这三十年来快速发展,其传输速率由十兆、百兆发展到四万兆(40G)。另外,在2015年前网络变压器依照元器件外观,分成插件模组、贴片模组与整合模组三大类,基本都是由线圈组件与机构件组成,以上统称为传统网络变压器。

图一 传统网络变压器种类

就电路架构来说,传统网络变压器的线圈是由一个带中心抽头的信号变压器(T1)与一个共模滤波器(T2)组成,但是也有包括多个共模滤波器或是三线共模滤波器、自耦变压器等组件所组成,通常一般使用者并不清楚其所使用网络变压器的电路架构,所以一旦在使用过程中发生问题,要自行快速排除问题并不容易。

图二典型传统网络变压器架构

传统网络变压器,不论是哪一个种类,都是采用在环形铁芯绕成不同组数的漆包线而形成变压器、共模滤波器等组件。由于结构的限制,环型铁芯不易自动化绕线,而传统网络变压器所采用的环型铁芯又相对较小,更增加自动化难度,因此虽然许多厂商尝试将传统网络变压器的线圈绕线自动化,但仍是成效不佳,还是维持人工绕制为主。

线圈组件仅占传统网络变压器制程的三分之一,后续还有理线、焊锡、烘烤与灌胶等等许多步骤,才能完成将线圈组件与机构组件整合成为传统网络变压器。简而言之,传统网络变压器生产步骤繁复、需要大量人工、加上外部结构样式繁多,使得传统网络变压器一直存在着品质问题多、品项多、库存管理困难与周期性缺货等问题;传统网络变压器制造商近年来虽然持续努力想要创新及改善,仍然未有重大突破。

在后网络时代,无线网络通讯WiFi、4G与5G、车联网、物联网与网络基础建设扩展下,整体有线网络RJ45的接口数依然大幅成长,且往高速化发展,对于网络变压器的需求与成本压力仍持续增加。

终于在2015年左右出现突破性的分离式网络变压器,将铁芯由环型改成工字型铁芯,才完成网络变压器全自动化生产的重大突破。虽然以工字型铁芯全自动化生产的线圈组件,早在2000年左右即已出现,并且发展多年,但对传统网络变压器制造商来说,此种制程却是全新的挑战。

图三 分离式网络变压器结构创新

一般传统网络变压器产业链须分成铁芯厂、线包厂与网络变压器组装厂三个不同生产厂家分段完成,但以分离式网络变压器则是可以实现从铁芯到成品由一家厂家独立完成;也就是说,传统网络变压器厂商如果要生产分离式网络变压器则需要建立铁芯材料与全自动化绕线生产的能力,而原先具备工字型铁芯全自动化生产线圈组件的电感厂商,虽然具有生产能力,但是对于网络变压器的应用并不熟悉,因此,如何提供最佳特性分离式网络变压器组件则成为其最大的挑战。

西北台庆凭借40多年的磁性材料经验与成熟的工字型线圈生产工艺,在分离式网络变压器发展初期即积极投入量产及应用测试设备,提供客户分离式网络变压器优化设计,经过多年努力,在分离式网络变压器的市占率已高达95%以上。

 全球分离式网络变压器使用数量

2017年起,在各种联网设备的多样化及快速变化带动下,使得网络变压器需求旺盛。网络变压器作为网端设备必备元器件,在下游需求增温与多变状况下,除了需求增加外,也被要求对市场反应须更为快速;而传统网络变压器由于人工成本上涨、招工困难、制程复杂与种类繁多等问题,已无法应付市场低成本与快速反应的需求。传统网络变压器的缺货情况由往年农历假期前后的季节性缺货,演变成对市场需求变化反应不及的不定时缺货,幸而有全自动化生产的分离式网络变压器补足缺口,让整体市场的供应不成问题。

2019年底突然爆发的疫情,因为居家办公、在线学习及视频会议的需求大幅增加,使得网络设备的需求高涨,导致网络变压器的需求突然大幅增加,缺货问题更加明显。传统网络变压器因为需要大量人力,在疫情下更无法快速提升产能,甚至受疫情影响产出减少。西北台庆由于多年布局分离式网络变压器,全自动化生产并不受疫情影响,且能短时间以倍数提高出货量来供应市场需求,即便如此,长期仍然无法满足市场缺口,迄今网络变压器供应状况仍甚为紧张。

在传统网络变压器持续缺货无法解决后,2021年起原先少量投入或新进投入分离式网络变压器的电感厂商或传统网络变压器厂商,开始进入分离式网络变压器市场,并进行重点推广。

就技术面来说,分离式网络变压器的结构是用带有电极工字型铁芯经过绕线后,可以直接贴片于PCB上。以电路结构来说可以分成两种:

  • 与传统网络变压器同样由信号变压器(T1)与共模滤波器(T2)组成,目前称为电感式变压器。
  • 与传统网络变压器不同,由电容、共模滤波器与自藕变压器组成,目前称为电容式变压器。

就分离式网络变压器方案的成本与空间来说,电容式方案远优于电感式方案;在传统网络变压器的替代性,则是电感式方案远优于电容式方案。因此,在选择分离式网络变压器供应商时,以能同时供应电容式与电感式方案厂家优先。

 分离式网络变压器电路创新

双绞线以太网络发展多年,因为技术持续演变,使得不同芯片公司或同一芯片公司所产的网络芯片对于网络变压器的规格要求略有差异。同时以太网络系统相对复杂,正常运作需同时考虑到软体、固件、芯片设计、PCB 布局及EMC问题。客户使用传统网络变压器时,有许多供应商型号可以选用,但在传统网络变压器与芯片厂商未能提供足够技术支持的情况下,经常采用试错法来解决问题,因而导致传统网络变压器型号众多,客户物料管理不易。

分离式网络变压器的发展,除了解决传统网络变压器无法自动化生产的问题外,也希望能够将网络变压器规格单一化,这时如何调整设计就变成一个重要的课题,因此供应商需要有足够的技术支持能力与经验。以电容式分离式网络变压器电路设计来说,目前仅有少数公司具有专利,当使用电容式分离式网络变压器需要注意是否会侵权。

西北台庆是目前唯一一家真正能够同时供应电感式与电容式分离式网络变压器的厂商,并最早取得电容式分离式网络变压器的专利,此专利是所有电容式分离式网络变压器的基础专利,其他供货商则不具备分离式网络变压器专利或已直接侵犯西北台庆所属专利。  就生产能力来说,西北台庆具有超过20年的全自动化生产经验,目前分离式网络变压器每月产能已超过4亿颗。且采用自制铁芯可以确保品质与供应,并能持续降低成本;在客户端已获采用超过数千案例,可以确保此设计的稳定性。另外,也建构了完备检测仪器,且有专职技术服务团队,可提供客户免费测试服务。

图六 西北台庆科技分离式网络变压器应用测试设备

西北台庆科分离式网络变压器与他牌比较分析

网络变压器专利说明书

电感式网络变压器设计选型

电容式网络变压器设计选型

需要了解更多内容,请访问西北台庆官方网站:http://www.tai-tech.com.tw

责编:Johnson Zhang

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