Sélection d'une alimentation externe

Choisir une alimentation AC/DC peut être une tâche ardue. Doit-il être interne ou externe ? Sera-t-il conforme si mon produit est expédié dans d'autres régions du monde ? Mon produit médical a-t-il besoin d'une alimentation électrique conforme aux normes de sécurité médicale ? Ce ne sont là que quelques-unes des questions que les ingénieurs peuvent se poser lorsqu'ils concentrent leurs efforts sur les aspects alimentation électrique de la conception de leur nouveau produit.

Détermination du type d'alimentation requis

La décision de sélectionner une alimentation externe CA/CC peut être due à des contraintes d'espace pratiques dans le produit. Selon les besoins en énergie, les alimentations internes peuvent occuper un espace précieux, rendant le produit final inutilement plus grand qu'il n'en a besoin par rapport aux autres conceptions du marché. L'empreinte occupée par un produit est une considération cruciale pour de nombreux consommateurs, en particulier lorsqu'il peut se trouver sur un plan de travail ou à côté d'un système multimédia. La sélection d'une alimentation externe, qu'il s'agisse d'une alimentation de bureau ou d'une prise murale (Figure 1), peut être un choix prudent pour certaines raisons pratiques car elle maintient le produit final aussi petit que possible.

Figure 1 :La famille de produits SWI de CUI offre une solution compacte, efficace et économique pour les adaptateurs muraux ca-cc (Source CUI)

Les prises murales ont tendance à convenir aux produits qui nécessitent une alimentation CC de quelques watts à environ 50 watts. Rien de plus que cela nécessitera une unité de bureau (Figure 2).

Figure 2 : les SDI160G-U et SDI160G-UD offrent 160 watts de puissance continue et sont conformes aux exigences UL/EN/IEC 62368-1 (Source CUI)

Pour plus de commodité, de nombreux concepteurs choisissent d'alimenter leur produit à partir d'une alimentation standard de 5 V CC. Par conséquent, la sélection d'une prise murale dotée d'une prise USB-A standard constitue un choix simple pour les produits consommant jusqu'à 2 ampères. De même, la conception de votre produit pour qu'il fonctionne avec les tensions nominales courantes de 12 VCC, 15 VCC ou 24 VCC facilite la sélection, car la plupart des fabricants proposent des unités standard pour ces tensions. De plus, quel type de prise d'alimentation avez-vous l'intention d'utiliser dans votre produit ? Est-il disponible en standard ou en supplément auprès du fabricant de l'alimentation ? N'oubliez pas de vérifier les exigences de puissance de crête de votre conception, car cela déterminera l'adaptateur que vous devez choisir. Choisir d'utiliser une unité qui n'offre pas une puissance de sortie de crête suffisante, en particulier ceux qui ont une charge inductive telle qu'un moteur, peut entraîner une surchauffe de l'alimentation, provoquant une contrainte inutile sur les composants et réduisant la fiabilité du produit. 

Comparez vos exigences avec les spécifications de la fiche technique

Assurez-vous d'étudier attentivement les fiches techniques des alimentations potentielles, car certains facteurs peuvent ne pas être aussi évidents que la tension de sortie et le courant nominal.

De nombreuses alimentations murales fournissent une sortie CC flottante par rapport à la terre. Appelées classe II, ces fournitures ne donnent pas accès à une connexion à la terre de protection, vous aurez besoin d'une alimentation de classe I pour cela, et il s'agit généralement d'unités de bureau.

Les autres spécifications à vérifier sur la fiche technique incluent la régulation de ligne, l'ondulation et le bruit, les fonctions de protection et les approbations.

La régulation donne une mesure de la proximité avec laquelle une alimentation électrique peut maintenir sa tension de sortie par rapport à la sortie nominale indiquée. Une régulation adéquate peut être de +/- 10 %, mais si votre application est sensible aux changements de tension d'entrée, cette caractéristique doit être examinée plus avant. Pour une sortie nominale de 12 VDC, une régulation de +/- 10 % signifie que la tension de sortie peut aller de 10,8 VDC à 13,2 VDC. Ondulation et bruit seront généralement présents sur la sortie CC, et encore une fois, les circuits intégrés sensibles peuvent être sujets à un bruit excessif sur les lignes électriques. L'utilisation de composants de filtrage supplémentaires peut être utile, mais gardez à l'esprit que ceux-ci augmenteront le coût de votre nomenclature et occuperont un espace précieux sur le PCB.

Tout en examinant les spécifications électriques, vérifiez les types de protection dont l'alimentation est équipée en standard. La surtension de sortie, la surintensité de sortie et la surchauffe sont des protections populaires, mais si votre produit peut fonctionner de manière erratique si la tension d'entrée tombe en dessous d'une tension donnée, une exigence de verrouillage de sous-tension peut également être importante.

Normes de sécurité et d'efficacité énergétique

Les approbations d'alimentation électrique intègrent des aspects de sécurité, d'efficacité énergétique et de compatibilité électromagnétique. Les normes suivantes s'appliquent toutes non seulement au bloc d'alimentation, mais également au produit qui lui est connecté dans son ensemble. La norme interne IEC-62368 stipule des facteurs de sécurité tels que les courants de fuite maximum autorisés et les tensions d'isolement entrée/sortie pour les équipements commerciaux, informatiques et audiovisuels. La figure 3 illustre les dangers potentiels pour la sécurité et les exigences de test d'isolement. L'isolement empêche la tension de ligne CA mortelle d'être transmise à la sortie CC.

Figure 3 :Exigences de test d'isolement pour un adaptateur d'alimentation CA/CC (source CUI)

La norme IEC-62368 deviendra loi en décembre 2020, après avoir été déterminée précédemment par deux normes IEC-60950 (systèmes informatiques) et IEC-60065 (équipement audiovisuel). Cette norme de sécurité stipule également les distances minimales relatives aux contraintes de tension au sein de l'alimentation spécifiées en termes de ligne de fuite (le chemin de surface entre deux points) et de jeu (la distance d'entrefer direct). Toute alimentation électrique utilisée pour alimenter des appareils médicaux susceptibles d'entrer en contact avec le patient, tels que des tensiomètres, des équipements de diagnostic ou des oxymètres, doit être conforme à la norme IEC 60601-1 4e édition.

L'efficacité énergétique est un aspect essentiel de toute alimentation électrique. Les normes européennes d'écoconception 2019/1782 et du département américain de l'énergie de niveau VI stipulent les exigences minimales d'efficacité active moyenne ; la moyenne du rendement mesuré à 25 %, 50 %, 75 % et 100 % de charge. L'écoconception exige en outre la documentation de l'efficacité à 10 % de la pleine charge. Voir la figure 4 pour l'évolution chronologique des normes d'efficacité énergétique. Ceux-ci ont également des limites spécifiques sur la consommation d'énergie lorsqu'il n'y a pas de charge ou que le produit final est en veille.

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Figure 4 :Chronologie des normes d'efficacité énergétique (Source CUI)

L'efficacité énergétique a récemment bénéficié des progrès des technologies de traitement des semi-conducteurs, le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN) s'avérant bien adaptés aux applications de conversion de puissance.

Le dernier aspect des approbations couvre la sensibilité d'une alimentation électrique aux effets d'inférence électromagnétique externe et également si l'alimentation électrique elle-même génère des interférences électromagnétiques supérieures à des niveaux acceptables. Les normes FCC Partie 15 Classe B, CISPR 32 et IEC 61204-3 s'appliquent.

La sélection d'un adaptateur d'alimentation externe ne doit pas être une tâche erronée. Un examen approfondi des exigences d'alimentation et une comparaison assidue des caractéristiques de la fiche technique peuvent simplifier considérablement le projet.