Minimiser l'alimentation en veille des appareils

Avec l'IoT, la connectivité devient de plus en plus importante car elle permet de maintenir une bonne communication et, en tant que Résultat, la consommation en veille devient un véritable défi.

Les smartphones et les appareils électroménagers font partie des applications qui ont évolué ces dernières années. L'un des défis majeurs est d'optimiser la consommation d'énergie alors que de plus en plus d'appareils arrivent sur le marché. Avec l'IoT, la connectivité devient de plus en plus importante car elle permet de maintenir une bonne communication et, par conséquent, la consommation d'énergie en veille des appareils devient un véritable défi. Power Integrations a annoncé LinkSwitch-TNZ, une nouvelle famille de circuits intégrés d'alimentation à découpage qui réduit la consommation en veille dans les applications et appareils domestiques intelligents pour résoudre certains de ces défis.

Dans une interview avec Power Electronics News, Adnaan Lokhandwala - Senior Product Marketing Manager chez Power Integrations, a souligné qu'aujourd'hui, de nombreux appareils fonctionnent en mode veille et, pour répondre à diverses exigences réglementaires, de nouvelles solutions combinant la conversion de puissance hors ligne, la détection sans perte de croisement zéro. et, en option, des fonctions de décharge de condensateur X sont requises.

« Les produits typiques de la maison intelligente comprennent des interrupteurs et diverses prises qui restent connectées en permanence à la ligne. Et, bien sûr, ils communiquent également en permanence avec les smartphones. La consommation d'énergie en mode veille est donc l'un des principaux défis de ces produits. Des études montrent qu'un certain nombre d'appareils sont en attente permanente d'alimentation, représentant 10 % de la consommation d'énergie des ménages, et 80 à 90 % du temps ils sont en mode veille pendant la journée sans exécuter aucune fonction. Par exemple, les détecteurs de fumée doivent être connectés à la ligne CA par réglementation, mais le cycle d'utilisation de ce détecteur de fumée est peu profond. Les appareils intelligents doivent également répondre à certaines réglementations régionales en matière de consommation d'énergie, y compris la consommation en veille. Ainsi, par exemple, l'Europe a l'EC 1275, qui limite la consommation maximale des appareils vendus en Europe à 500 milliwatts lorsqu'ils sont éteints ou en mode veille », explique Lokhandwala.

Figure 1 :Famille LinkSwitch-TNZ :La conversion de puissance ajoute une détection de passage à zéro et une décharge de condensateur X (Source :intégrations de puissance)

Solutions de commutation

Nous devons être conscients des limites de la veille, et la réduction des pertes pour augmenter l'efficacité devrait être le mantra de tout nouveau processus de conception. Deux fonctions clés très couramment utilisées dans ces applications de maison et d'appareils intelligents sont le circuit de passage par zéro CA discret et x -décharge du condensateur. « Le passage à zéro du courant alternatif est utilisé dans plusieurs applications pour contrôler efficacement la puissance allant aux charges telles que les lampes à LED. Malheureusement, l'approche utilisée aujourd'hui est très coûteuse ; c'est un circuit discret très standard. L'autre fonction est de répondre aux exigences de sécurité d'un grand nombre de ces appareils. Et aujourd'hui, cette fonction est principalement effectuée en utilisant des résistances entre ces condensateurs (résistances de purge). Maintenant, quand on parle de pleine charge, ces deux fonctions peuvent ne pas être très importantes en termes de pertes. Mais lorsque vous parlez de veille, cela peut devenir un facteur important pour le budget d'alimentation en veille dont disposent les ingénieurs lorsqu'ils conçoivent ces produits », a déclaré Lokhandwala.

LinkSwitch-TNZ vise à ajouter la possibilité de combiner un signal de passage par zéro sans perte et une décharge de condensateur x avec le même commutateur. « La mise en œuvre est un convertisseur arrière non isolé très simple. La beauté de cette approche est que vous pouvez dériver les principales tensions de sortie nécessaires, avec une approche non isolée. Aujourd'hui, de nombreuses applications, même dans les maisons intelligentes, ne nécessitent pas d'alimentation électrique isolée, car il n'y a pas de contact humain direct et l'isolation provient en fait du boîtier. Donc, si vous pensez aux interrupteurs muraux intelligents, ils ne nécessitent pas d'isoler l'alimentation. Bien sûr, cela vous permet également d'éviter d'utiliser des transformateurs personnalisés », explique Lokhandwala.

Des dispositifs tels que des interrupteurs, des gradateurs, des capteurs et des prises connectent et déconnectent périodiquement la ligne CA à l'aide d'un relais ou d'un TRIAC. « L'un des défis lorsque vous connectez un relais est la synchronisation correcte de l'allumage et de l'extinction – la transition dans tout cela est très importante. Et puis, bien sûr, avoir le pilote de relais pour fournir la puissance correcte », explique Lokhandwala.

Un circuit discret est généralement utilisé pour détecter le point de passage par zéro de la ligne CA afin de contrôler la transition de mise sous tension du dispositif d'alimentation principal afin de réduire les pertes de commutation et le courant d'appel. La nomenclature de cette approche est décidément non économique.

« Ce qui se passe, c'est qu'au moment de la mise sous tension du relais, il y a un courant d'appel important qui peut être très élevé. La même chose est vraie dans le processus de mise hors tension, et les deux cas peuvent avoir un impact en termes de durée de vie du relais - et bien sûr, dans ce cas, également la durée de vie du produit », explique Lokhandwala.

Power Integrations affirme qu'en intégrant la détection de fuite AC à zéro sur la puce, les circuits intégrés LinkSwitch-TNZ offrent d'excellentes efficacités de charge légère, permettant à plusieurs fonctions du système d'être alimentées tout en respectant les réglementations strictes en matière de veille, telles que la norme de la Commission européenne (CE) pour les appareils électroménagers (1275) qui nécessitent que l'équipement ne consomme pas plus de 0,5 W en mode veille ou éteint. En option, une fonction de décharge de condensateur X peut également être incluse dans le package pour les applications haute puissance.

Figure 2 :La détection de passage par zéro fournit un signal logique lorsque le courant alternatif passe par 0 V. Signal utilisé pour synchroniser la mise sous tension de l'alimentation via un relais ou un TRIAC. En commutant à VAC =0, le courant d'appel est considérablement réduit (Source :Power Integrations)

Figure 3 : la détection de passage à zéro réduit considérablement le courant d'appel dans les applications à commutation de relais (source :intégrations d'alimentation)

« En règle générale, le condensateur x est utilisé pour les conceptions de puissance plus élevée. un condensateur x est généralement un condensateur de filtrage qui est connecté directement sur la ligne CA pour des raisons EMI et RFI, minimisant ce bruit. Ainsi, à mesure que le niveau de puissance augmente, ces condensateurs x deviennent plus gros et l'impact des résistances de purge est beaucoup plus élevé. En règle générale, la fonction de décharge du condensateur est plus pertinente dans les appareils électroménagers », explique Lokhandwala.

Le schéma fonctionnel de la figure 3 montre un interrupteur mécanique traditionnel dans les maisons, qui est maintenant remplacé par des appareils plus intelligents. Il a un fil connecté à l'entrée et à la sortie… en gros, il n'y a pas de fil neutre connecté au système.

Figure 4 : prise en charge des commutateurs intelligents non neutres (source :intégrations d'alimentation)

Figure 5 : Réduction de l'alimentation en veille dans les appareils ménagers avec une décharge active du condensateur X (Source :Power Integrations)

"Historiquement, cela n'a pas été un problème avec les interrupteurs mécaniques car vous n'avez pas besoin de fil neutre, car ils n'ont pas d'électronique. Mais maintenant, lorsque vous fabriquez ces produits intelligents, vous mettez des fonctionnalités à l'intérieur, ce qui signifie que vous avez besoin d'une source d'énergie constante pour alimenter ces appareils électroniques. Ainsi, dans un appareil intelligent typique, vous auriez un pilote de relais, une alimentation CA CC et un circuit discret à passage par zéro couramment utilisé pour garantir que le retard s'active au bon moment. Et vous auriez une connectivité sans fil et des capteurs. Ioff est le courant de fuite lorsque la charge est éteinte, car les relais utilisent l'autre chemin de courant dans l'espoir de conduire en veille. Pour s'assurer que ce courant reste extrêmement faible, il faut optimiser le système pour que ce courant de coupure reste faible; si le courant est élevé, le résultat est que l'ampoule LED, par exemple, s'allume. Ce courant peut venir charger le condensateur d'entrée. Et, par conséquent, il allumera et éteindra essentiellement la lampe, ce que vous ne voulez pas. Cet effet est appelé LED « flickering » ou ghosting. Ainsi, avec le nouveau produit, nous pouvons éliminer le besoin d'un fil neutre. Et cela est très courant avec les maisons et les applications de rénovation car, encore une fois, la plupart des maisons en Amérique du Nord, en Europe et en Asie n'ont jamais vraiment été câblées avec un fil neutre. Donc, maintenant, vous devez concevoir un système intelligent qui peut fonctionner avec les deux fils ou sans fil neutre. Et ce que nous avons fait, c'est créer une conception de référence complète, qui dans ce cas est une conception de référence pour un gradateur intelligent basé sur le module BLE de Nordic », explique Lokhandwala.

Les circuits intégrés d'alimentation à découpage LinkSwitch-TNZ permettent une régulation de ±3 % sur la ligne et la charge, ont une consommation à vide inférieure à 30 mW avec polarisation externe et ont un courant de veille inférieur à 100 µA.

>> Cet article a été initialement publié sur notre site frère, Power Nouvelles de l'électronique.