Braucht Ihr Produkt dreifach isolierten Draht? Eine Tabelle zeigt, welche Transformatorstufe TIW verwenden sollte

Dieser Beitrag richtet sich an Entwickler für Stromversorgungen, Magnetbauteile, Sicherheitszulassung und Einkauf: Sollte in dem Endgerät auf Ihrem Tisch eine bestimmte Stromversorgungsstufe oder ein bestimmter Transformator im Inneren dreifach isolierten Draht (TIW, Triple Insulated Wire) verwenden – oder nicht? Statt Gerät für Gerät nachzufragen, lohnt es sich, zuerst ein Prinzip und drei Kriterien zu verstehen und den eigenen Fall dann in dreißig Sekunden auf einer Auswahlkarte zu verorten. Der gesamte Beitrag gibt nur Richtung und Kriterien vor; Drahtdurchmesser, Spannungsfestigkeit und alle sonstigen Werte der DAH JIN-Produkte gelten ausnahmslos „gemäß Freigabedokument", und beim Einsatz legt das Freigabedokument Typ und Drahtdurchmesserbereich fest.

1. Zuerst verstehen, welches Problem TIW löst (das Ein-Satz-Prinzip)

Der Wert des dreifach isolierten Drahts liegt darin, die „verstärkte Isolierung zwischen Primär- und Sekundärseite" in den Draht selbst zu verlegen. Ein herkömmlicher kleiner Transformator muss mit Randstreifen (Margin Tape) und Lagenisolation an beiden Enden des Spulenkörpers Kriechstrecke und Luftstrecke aufbauen, um Primär- und Sekundärseite voneinander zu trennen; wechselt man auf einen dreifach isolierten Draht, der nach den Sicherheitsnormen typgeprüft und als verstärkte (reinforced) Isolierung bewertet ist, lassen sich Kriech- und Luftstrecke zwischen den Wicklungen auf nahezu null reduzieren, Isolierband und Randstreifen entfallen, das Wickelfenster wird frei, und der Hochfrequenztransformator kann entsprechend kleiner gebaut werden. Anders gesagt: TIW ist von Haus aus für die sichere Trennung von Primär- und Sekundärseite in Hochfrequenz-Schalttransformatoren gemacht.

Die Frage „Brauche ich TIW?" lässt sich daher auf einen Satz reduzieren: Ist mein Bauteil ein Hochfrequenz-Trenntransformator, der die Isolationsbarriere zwischen Primär- und Sekundärseite mit verstärkter Isolierung überbrücken muss? Wenn ja, ist TIW meist eine gangbare Lösung; wenn nein, kommt seine Stärke gar nicht zum Tragen. Im Folgenden wird dieser Satz in drei anwendbare Kriterien zerlegt.

2. In dreißig Sekunden verorten: Drei Kriterien entscheiden

Nehmen Sie ein beliebiges gewickeltes Magnetbauteil und stellen Sie der Reihe nach drei Fragen – so lässt es sich in „verwenden / kommt darauf an / nicht verwenden" einordnen:

• Kriterium 1: Gibt es eine Isolationsbarriere zwischen Primär- und Sekundärseite? TIW löst die Aufgabe „verstärkte Isolierung über die Barriere hinweg". Ist das Bauteil eine Einzelwicklung in ein und demselben Potenzialbereich – etwa eine PFC-Drossel, eine Netz-/Entstördrossel oder der Induktor (die Arbeitsspule) einer Induktionserwärmung –, gibt es keine Primär- und Sekundärseite zu trennen, und der Wert der verstärkten Isolierung von TIW kann nicht zum Tragen kommen. Diese Klasse wird mit Lackdraht oder HF-Litze gewickelt; das ist nicht das Feld von TIW.
• Kriterium 2: Handelt es sich um einen Hochfrequenz-Schalttransformator? TIW wurde für die Miniaturisierung von Hochfrequenz-(Schaltnetzteil-)Transformatoren entwickelt. Verteil- oder Trenntransformatoren für Netzfrequenz (50/60 Hz) gehören zu einer anderen Bauweise und sind in der Regel kein Einsatzfall für TIW.
• Kriterium 3: Handelt es sich um die Hauptleistungswicklung? Die Hauptleistungsstufe muss bei hoher Frequenz und hoher Stromdichte die Kupferverluste niedrig halten; Stand der Technik sind dort HF-Litze (viele Einzeldrähte teilen sich den Strom) und Planartransformatoren (Wicklungen aus Multilayer-Leiterplatte oder Kupferfolie). Ein einadriger, eher dünner TIW hat eine begrenzte Strombelastbarkeit und kann die Hauptwicklung der Hauptleistungsstufe nicht tragen; sein Platz sind Trenntransformatoren kleiner bis mittlerer Leistung.

Alle drei Fragen bestanden (Barriere vorhanden, Hochfrequenz, keine Hauptleistung) = meist verwendbar; an einer der ersten beiden gescheitert = meist nicht; die dritte ist eine Frage des Grades (Hauptleistung nein, Kleinleistung wie Hilfs-/Bias-Versorgung ja). Zuletzt gibt es noch eine gemeinsame Schwelle: Selbst wenn alle drei Fragen bestanden sind, müssen die tatsächliche Arbeitsspannung, der Spitzenwert und die Frequenz des Transformators sowie der vorgesehene Drahtdurchmesser innerhalb der im Freigabedokument angegebenen Nennbereiche liegen; wird einer dieser Werte überschritten, ist eine gesonderte Bewertung erforderlich (das ist eine der Quellen für „kommt darauf an" in der folgenden Tabelle).

3. Auswahlkarte: Endprodukt → welche Stufe → verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an

Legt man die gängigen Endprodukte nebeneinander, zeigt sich, dass „welche Stromversorgungsstufe oder welcher Transformator im Inneren" der eigentliche Punkt ist – im selben Gerät können verschiedene Stufen gegensätzliche Antworten haben. Alle Tabellenwerte werden gemäß Freigabedokument bzw. in Absprache mit dem Vertrieb festgelegt:

• Medizingeräte (patientenverbundene Stromkreise) — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Interner Trenntransformator (Hochfrequenz, 2×MOPP-Pfad)；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Gebunden an TLW-BB / TLW-B7S, gemäß Freigabedokument; siehe Medizinische Stromversorgung 2×MOPP
• Stromversorgungen für Industrie- / ITE-Geräte (Schaltnetzteile) — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Trenntransformator Primär–Sekundär (Sperrwandler/Flyback, LLC-Trennstufe, Hilfsstufe)；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Annex J (Anhang J)-Bedingungen gemäß Freigabedokument; siehe Auswahlleitfaden
• Stromversorgungen für Unterhaltungselektronik (Steckernetzteile / Netzadapter) — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Flyback-Trenntransformator；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Gemäß Freigabedokument
• Schnellladegeräte (USB-PD- / GaN-Netzteile) — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Hochfrequenter Flyback-Trenntransformator (miniaturisiert)；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Gemäß Freigabedokument; verseilte Ausführung siehe TIW vs. FIW vs. Lackdraht
• LED-Treiber (isoliert) — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Trenntransformator；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Gemäß Freigabedokument (nicht isolierte Ausführungen haben keine Barriere, siehe Kriterium 1)
• Gate-Ansteuerung (SiC- / GaN-Leistungsstufen) — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Gewickelter Gate-Drive-Trenntransformator；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Gemäß Freigabedokument; siehe Rechenzentren / KI-Server
• Netzteile für Rechenzentren / KI-Server — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Kleine Trenntransformatoren für Hilfs- / Stand-by- / Bias-Versorgung；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Gemäß Freigabedokument; siehe Rechenzentren / KI-Server
• Netzteile für Rechenzentren / KI-Server — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Hauptleistung (PFC, Haupt-LLC, Resonanzdrossel)；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Nicht verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Planar / HF-Litze; keine Kategorie für einadrigen TIW
• On-Board-Charger (OBC) / DC-DC im Fahrzeug — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Haupttransformator；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Nicht verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Hauptleistung mit HF-Litze / Planar, zudem ist die Automotive-Qualifizierung ein eigenes System; siehe OBC-Haupttransformator im Fahrzeug
• On-Board-Charger (OBC) / DC-DC im Fahrzeug — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Tier-2-Kleintransformatoren für Hilfs- / Bias- / Gate-Drive-Versorgung；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Kommt darauf an；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Die Wicklung kann TIW verwenden, das fertige Bauteil muss aber zusätzlich die Automotive-Qualifizierung bestehen; siehe OBC-Haupttransformator im Fahrzeug
• Netzfrequente Verteil- / Trenneinrichtungen (50/60 Hz) — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Netzfrequenter Trenn- / Verteiltransformator；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Nicht verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Kein Hochfrequenz-Schaltbereich, andere Bauweise (Kriterium 2)
• Induktionserwärmungsanlagen — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Induktor (Arbeitsspule)；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Nicht verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Keine Barriere Primär–Sekundär, HF-Litze (Kriterium 1)
• Stromversorgungen aller Art — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Drosseln auf Bauteilebene (PFC-Drosseln, Entstördrosseln)；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Nicht verwenden；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Einzelwicklung, ein Potenzialbereich, keine Isolationsbarriere (Kriterium 1)
• Beliebige Anwendung — Welche Stromversorgungsstufe / welcher Transformator im Inneren：Wenn Arbeitsspannung / Spitzenwert / Frequenz oder Drahtdurchmesser den Nennbereich überschreiten；Verwenden / nicht verwenden / kommt darauf an：Kommt darauf an；Gemäß Freigabedokument / weiterführende Lektüre：Gesonderte Bewertung erforderlich, gemäß Freigabedokument

Für jedes „Verwenden"-Feld der Tabelle sind konkret wählbarer Typ, Drahtdurchmesser und Spannungsfestigkeit dem Freigabedokument zu entnehmen; ob Ihr Arbeitspunkt innerhalb der Bedingungen liegt, klären Sie mit dem Vertriebskontakt gemäß Freigabedokument.

4. Wie die drei Urteile zu lesen sind: verwenden, kommt darauf an, nicht verwenden

„Verwenden" – verstärkte Isolierung Primär–Sekundär in Hochfrequenz-Trenntransformatoren. Das ist das Heimspiel von TIW: Medizin, Industrie / ITE, Consumer-Netzteile, Schnellladegeräte, isolierte LED-Treiber, Gate-Ansteuerung sowie Hilfs- / Stand-by-Versorgungen in Servern – gemeinsam ist ihnen ein kleiner Trenntransformator, der „kleine bis mittlere Leistung, Hochfrequenz und eine verstärkte (oder doppelte) Isolierung über Primär–Sekundär hinweg" braucht. In der DAH JIN-Produktlinie sind die vier nach außen angebotenen Typen TLW-B, TLW-BB, TLW-B7S und TLW-F: Alle vier sind im Bewertungsumfang nach IEC 62368-1 Annex J der VDE 40008834 Anlage 200 aufgeführt (konkrete Bedingungen gemäß Freigabedokument); Wärmeklasse 130(B), TLW-F ist Klasse F (155 °C). Der medizinische Pfad nach IEC 60601-1 (2 MOOP / 2 MOPP, bewertet nach Annex L) ist ausschließlich an TLW-BB und TLW-B7S gebunden; beide sind Komponenten des Isoliersystems DJ-130 (UL E318181), und für den Einsatz dieses Systems ist ein Authorization Letter (Autorisierungsschreiben) erforderlich. Die Zuordnung der einzelnen Typen und die Zertifizierungskette finden Sie unter TIW-Zertifizierungskette und Gegenüberstellung Annex J / K.

„Kommt darauf an" – die Barriere ist da, aber es gibt eine weitere Schwelle. Der typischste Fall ist Automotive: Bei den Tier-2-Kleintransformatoren für Hilfsversorgung, Bias und Gate-Ansteuerung in OBC / DC-DC kann die Wicklung selbst durchaus TIW verwenden, doch das fertige Magnetbauteil muss zusätzlich die Automotive-Qualifizierung (AEC-Q200 / ISO 16750 / LV124) bestehen – das Freigabedokument des Drahts deckt das Material ab (Typ und Drahtdurchmesserbereich), was nicht bedeutet, dass das fertige Bauteil die Automotive-Qualifizierung bereits bestanden hat. Die andere Art von „kommt darauf an" ist eine Frage des Arbeitspunkts: Selbst bei passender Anwendung ist eine gesonderte Bewertung nötig, sobald Arbeitsspannung / Spitzenwert / Frequenz oder Drahtdurchmesser den Nennbereich des Freigabedokuments überschreiten. In beiden Fällen bitte den Vertrieb ansprechen und gemäß Freigabedokument festlegen lassen – nicht pauschal übertragen.

„Nicht verwenden" – die Stärke von TIW kommt nicht zum Tragen. Drei Fälle: erstens Hauptleistungswicklungen (OBC-Haupttransformator im Fahrzeug, Haupt-LLC und Resonanzdrossel in Servern) – hohe Ströme und hochfrequente Kupferverluste verlangen HF-Litze und Planartechnik; einadriger TIW ist nicht die Bauweise dieser Stufe; zweitens der Netzfrequenzbereich (Verteil- / Trenntransformatoren für 50/60 Hz) – nicht die Bauweise eines Hochfrequenz-Schalttransformators; drittens keine Isolationsbarriere Primär–Sekundär (Drosseln auf Bauteilebene, Entstördrosseln, Induktoren der Induktionserwärmung) – innerhalb eines Potenzialbereichs gibt es keine Barriere zu überbrücken, verstärkte Isolierung steht gar nicht zur Debatte. Die Wärmeklasse des Drahts und die Wärmeklasse von System / Endprodukt sind getrennte Einträge und nicht gegeneinander austauschbar; mehr dazu unter Wärmeklasse des Drahts vs. Wärmeklasse des Isoliersystems.

DAH JIN ist Drahthersteller (kein Händler) und fertigt im eigenen Werk in Guiren, Tainan, Taiwan – Made in Taiwan; die im UL-Eintrag angegebene Fertigungsstätte ist genau dieses Werk. Begriffsdefinitionen finden Sie im TIW-Glossar; zur Prüfung von UL 2353 siehe UL 2353 verifizieren.