Les alimentations CA/CC externes offrent un large éventail d'options et optimisent la rentabilité

L'une de mes premières missions en tant que diplômé enthousiaste en ingénierie de fabrication a été d'aider un ingénieur expérimenté dans la conception d'une alimentation à découpage CA/CC pour un contrôleur PID (proportionnel-intégral-dérivé) industriel haut de gamme. Mon « aide » consistait principalement à remplir les tasses de café et à trouver des composants de montage d'essai. Toutefois, cet ingénieur a été un mentor patient et compétent, et j'ai appris plus de choses sur la conception complète d'une alimentation en quelques semaines que pendant tout un semestre à l'université.

Par la suite, j'ai même réussi à fabriquer moi-même une ou deux alimentations à découpage utilisables, bien que basées sur des architectures empruntées (avec sa permission) à cet ingénieur expérimenté.

Quelques années plus tard, l'entreprise pour laquelle je travaillais a estimé qu'il était plus rentable d'acheter des alimentations CA/CC modulaires prêtes à l'emploi auprès d'un fournisseur commercial plutôt que de créer les nôtres. Le résultat a été un peu moins gratifiant pour les concepteurs, mais notre expérience a tout de même été essentielle pour garantir que nous sélectionnions la meilleure solution commerciale pour répondre aux spécifications de notre produit.

Choisir une alimentation adaptée à l'application

La connaissance des paramètres techniques comme le rendement, le courant d'appel d'entrée, l'ondulation et le bruit, ainsi que la tension de dépassement au démarrage, nous a permis de tester et de vérifier les solutions commerciales afin de nous assurer qu'elles répondaient aux exigences de puissance des contrôleurs PID industriels et qu'elles offraient une régulation convenable et un temps moyen entre pannes (MTBF) étendu.

Cependant, trouver une solution commerciale adaptée aux spécifications du produit de l'application était plus facile à dire qu'à faire, car à l'époque, la gamme de solutions de chaque fournisseur avait tendance à se limiter à quelques variantes. De plus, une fois nos contraintes budgétaires prises en compte, ce nombre de variantes se réduisait davantage. Cela impliquait souvent de choisir une alimentation qui fonctionnait raisonnablement bien, mais qui représentait généralement un compromis.

Par exemple, il est arrivé que nous nous retrouvions avec une alimentation commerciale qui, tout en répondant de manière adéquate aux exigences de courant et de tension de nos contrôleurs, fonctionnait souvent en dehors de sa plage de sortie la plus efficace, en particulier à faible charge. Cela entraînait alors une dissipation de puissance supplémentaire et des défis de gestion thermique dont nous nous serions volontiers passés.

Extension de la gamme

L'univers des alimentations modulaires a évolué de manière positive au cours des décennies qui se sont écoulées depuis mes conceptions rudimentaires. Aujourd'hui, l'étendue des solutions commerciales prêtes à l'emploi est époustouflante, et les gammes ne sont pas limitées lorsque les budgets sont serrés.

Prenons l'exemple de la gamme d'alimentations CA/CC industrielles de TRACO Power. La société a ajouté quatre nouveaux niveaux de puissance à sa série TXN déjà très étendue. Les unités ont maintenant des puissances de sortie de 35, 200, 350 ou 800 W et peuvent être spécifiées pour chaque niveau de puissance avec une tension de sortie de 12, 15, 24 ou 48 V. Pour la version 35 W, il existe également des options de 3,3 V et 5 V. Cette gamme de produits inclut par exemple le TXN 35-124, une alimentation CA/CC de 35 W et 24 V, le TXN 200-124 de 200 W et 24 V, le TXN 350-115 de 350 W et 15 V (Figure 1) et le TXN 800-148 de 800 W et 48 V.

Figure 1 : L'alimentation TXN 350-115 de 350 W fournit 15 V CC depuis une entrée CA de 90 à 260 V. (Source de l'image : TRACO Power)

Les alimentations sont logées dans des cadres métalliques et utilisent des connecteurs à bloc de jonction à vis. Il s'agit de la série de produits CA/CC en boîtier la plus rentable proposée par l'entreprise. Les fonctionnalités incluent un isolement E/S renforcé de 3000 VCA, un filtre interne EN55032 de classe B pour réduire les émissions conduites et rayonnées, une correction du facteur de puissance (PFC) active au-dessus de 100 W, des homologations de sécurité CEI/EN/UL 62368-1 et la conformité à la norme EN 61000-3-2 pour la compatibilité électromagnétique (CEM). Les unités sont même dotées d'un ventilateur interne pour le refroidissement forcé.

Des performances à un prix intéressant

La rentabilité de la série TXN de TRACO Power n'a toutefois pas entraîné de compromis en termes de performances. Par exemple, le TXN 350-115 a une plage d'entrée de 90 à 260 VCA et une plage de températures de fonctionnement de -30°C à +70°C. Il fournit une tension de sortie nominale (V_out(nom)) ajustable entre 13,5 V et 15,5 V avec un courant de sortie maximum (I_out(max)) de 22 A pour une puissance de sortie maximum de 330 W.

Pour une entrée de 230 V, la correction du facteur de puissance active est de 0,95. La précision du réglage de la tension est de ±1 %, la régulation varie de 1 % sur une variation de charge de 10 à 90 %, et l'ondulation de la tension de sortie est de 150 mV_p-p maximum (Figure 2). L'alimentation affiche une limitation du courant de sortie I_out(max) de 110 à 160 % et une protection contre les surtensions V_out(nom) de 110 à 140 %. Le temps moyen entre pannes est de 230 600 heures.

Figure 2 : L'alimentation TXN 350-115 présente une ondulation de tension de sortie maximum de 150 mVp-p, ce qui permet d'atténuer les défis liés à la compatibilité électromagnétique. (Source de l'image : TRACO Power)

La courbe de rendement plate des unités de TRACO Power permet d'atténuer les défis liés à la température et à la dissipation de puissance que j'ai pu rencontrer dans ma jeunesse lorsque j'utilisais des alimentations de moins bonne qualité. Même à partir d'une charge relativement faible d'environ 20 %, le TXN 350-115 affiche un rendement de plus de 75 % (Figure 3).

Figure 3 : Le TXN 350-115 affiche un rendement de plus de 75 % pour des charges supérieures à 20 %. Cela permet d'atténuer les défis liés à la dissipation de puissance. (Source de l'image : TRACO Power)

Conclusion

Même si j'ai bien aimé concevoir une alimentation industrielle CA/CC externe à partir de zéro, les solutions prêtes à l'emploi font gagner du temps lors des projets et permettent aux équipes d'ingénierie de se concentrer sur d'autres aspects du produit final. En outre, la gamme d'options d'alimentation actuelles est telle qu'il est possible de trouver une solution capable d'offrir des performances et un rendement quasi optimaux pour pratiquement toutes les applications.