Sélectionner des alimentations à rail DIN optimales

Les rails DIN standardisés facilitent l'installation d'une alimentation dans un boîtier électrique. Cependant, les concepteurs ne peuvent pas se permettre de négliger les problèmes de rendement et de dissipation thermique susceptibles d'avoir un impact sur la fiabilité, la durée de vie et le coût de fonctionnement d'une application.

Les alimentations peu fiables peuvent exaspérer les concepteurs de systèmes et leurs clients. Le remplacement prématuré d'une alimentation est fastidieux et coûteux, et les temps d'arrêt du système ne sont tout simplement pas acceptables dans de nombreuses applications.

Pour les alimentations à rail DIN, la chaleur est synonyme d'inefficacité et de défaillances. Elle peut assécher les condensateurs électrolytiques utilisés dans les alimentations qui stockent l'électricité et atténuent les fluctuations de tension et de courant.

Les condensateurs sont les composants les plus sensibles à la température et sont souvent les premiers à tomber en panne dans les alimentations. Une augmentation de la température de 10°C peut diviser par deux leur durée de vie prévue, c'est pourquoi la protection contre la surchauffe est un élément essentiel à prendre en compte lors de la conception. Les semi-conducteurs et les joints de soudure sont également vulnérables aux hausses de la température.

En utilisant une conception efficace et une gestion thermique appropriée, et en sélectionnant des composants de haute qualité, les concepteurs de produits peuvent atténuer les effets de la chaleur, et étendre la durée de vie et améliorer la fiabilité de leur système.

Optimiser les conceptions à haut rendement

Le rendement d'une alimentation à rail DIN est représenté par le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée. Une alimentation qui fonctionne à un rendement de 95 %, par exemple, ne perd que 5 % de l'énergie d'entrée sous forme de chaleur, tandis qu'une alimentation moins efficace affichant un rendement de 85 % en perd 15 %.

En réduisant la génération de chaleur, les alimentations à haut rendement réduisent les besoins de refroidissement, permettent aux condensateurs électrolytiques d'atteindre plus facilement la durée de vie spécifiée par le fabricant et améliorent la fiabilité globale du bloc d'alimentation.

Des pratiques de gestion thermique optimisées peuvent être utilisées pour dissiper la chaleur dans l'environnement extérieur afin d'abaisser les températures internes. Par ailleurs, les alimentations peuvent minimiser l'exposition à la chaleur des composants sensibles à la température afin d'améliorer la durabilité et la durée de vie globales.

Les alimentations sont de plus en plus complexes et de plus en plus petites. L'espace interne limité dont elles disposent souligne le rôle crucial de l'installation de conduits de refroidissement, que les concepteurs ont tout intérêt à considérer comme des composants à part entière. Des concepts de refroidissement sophistiqués peuvent souvent éliminer le recours à des dissipateurs thermiques internes, permettant de réduire davantage le poids de l'alimentation et potentiellement les coûts de production.

Pratiques de fabrication des blocs d'alimentation

Des fabricants comme PULS démontrent qu'il est possible de concevoir des alimentations à la fois fiables et respectueuses de l'environnement grâce à un rendement élevé, à une gestion thermique optimisée et à des techniques de mesure précises.

La mesure du rendement des alimentations est complexe. Les développeurs de systèmes doivent évaluer les données fournies par les fabricants pour s'assurer qu'elles ont été obtenues via des procédures de test normalisées. Cela garantit des indicateurs fiables et comparables entre les différents produits et fournisseurs. Le rendement doit être mesuré dans des conditions qui imitent étroitement les charges réelles du système, notamment les charges variables et les plages de températures.

Le placement des composants est également important. Le positionnement stratégique des composants vitaux dans des zones plus froides peut contribuer à optimiser leur durée de vie. Les condenseurs électrolytiques, par exemple, peuvent bénéficier d'un placement à proximité d'un flux d'air froid (Figure 1).

Figure 1 : Une carte thermique démontre l'avantage de placer les condensateurs électrolytiques près du flux d'air de refroidissement et loin des points chauds. (Source de l'image : PULS)

PULS propose une gamme complète d'alimentations à rail DIN. Les produits de la série CP10 240 W atteignent des rendements de 95,2 %, et les unités de la série CP20 480 W atteignent des rendements de 95,6 %. Le haut rendement et la conception thermique avancée de ces deux séries permettent de réduire la chaleur interne et en font des solutions parfaitement adaptées aux applications industrielles exigeantes.

L'entreprise a testé son alimentation DIMENSION CP10.241 (Figure 2) dans un boîtier et l'a chargée à 80 % de sa puissance nominale. D'après ces tests, la température dans le boîtier a augmenté d'environ 19°C au bout de quatre heures de fonctionnement. Un dispositif avec un rendement inférieur de 6,7 % entraînerait une augmentation de la température dans l'armoire de commande de 35,3°C. Cette augmentation de température de 16,3°C diviserait par plus de deux la durée de vie des condensateurs électrolytiques.

Figure 2 : Alimentation DIMENSION CP10.241 de PULS. (Source de l'image : PULS)

Les concepteurs de produits doivent également évaluer le rendement d'une alimentation lorsqu'elle ne fonctionne pas à pleine capacité, car les rendements à charge partielle sont de plus en plus importants dans la conception d'applications pratiques et rentables. Des rendements élevés à pleine charge permettent d'utiliser des conceptions compactes, mais relativement peu d'alimentations ont besoin de fonctionner à pleine charge. Les tests effectués par PULS sur l'alimentation DIMENSION CP20.241 illustrent l'impact de différentes charges sur le rendement (Figure 3).

Figure 3 : Impact de différentes charges sur le rendement de l'alimentation DIMENSION CP20.241 de PULS. (Source de l'image : PULS)

Les concepteurs de produits doivent également s'assurer de choisir des alimentations conformes aux normes de rendement énergétique comme les normes Energy Star et CEI 62368-1, ainsi qu'aux directives RoHS (restriction des substances dangereuses) et DEEE (déchets d'équipements électriques et électroniques) concernant la gestion des matières dangereuses et des déchets électroniques.

Conclusion

Le rendement et la dissipation thermique des alimentations à rail DIN sont des éléments essentiels que les concepteurs de produits doivent prendre en compte. Un haut rendement réduit les coûts de fonctionnement, minimise l'impact environnemental et améliore la fiabilité du système. Des stratégies efficaces de dissipation thermique garantissent la longévité des composants et empêchent les défaillances du système. Le portefeuille de produits DIMENSION de PULS inclut un large éventail d'alimentations à rail DIN afin de fournir des solutions adaptées à la plupart des applications.