Comment obtenir plus de performance avec moins d'encombrement ?

Posted By : Alice Matthews
Comment obtenir plus de performance avec moins d'encombrement ?

 

Dans le segment des consommateurs finaux, sur le marché automobile ou dans l'industrie : des applications toujours plus performantes exigent des inductances de puissance, une intensité maximale admissible de plus en plus élevée et un encombrement de plus en plus réduit. Les inductances de puissance composites offrent une solution à ce problème.

Les exigences actuelles envers les inductances de puissance contredisent les principes traditionnels de la bobine d'inductance : pendant longtemps, les inductances à ferrite CMS étaient la technologie la plus utilisée pour maîtriser les courants supérieurs à 1 A. Leur comportement de saturation très prononcé et non linéaire, doublé d'un encombrement important, a mené à la recherche de nouvelles technologies – et au développement des inductances de puissance composites.

Ces bobines pour les intensités de courant pouvant aller au-delà de 100 A offrent divers avantages techniques pour l'utilisation dans des alimentations électriques et dans des applications de filtrage. Le processus de fabrication spécial à partir de poudre de fer comprimée permet de produire des inductances qui s'approchent de la bobine idéale à de nombreux égards.

Illustration : conception d'une inductance de puissance composite (Source : Vishay)

La poudre de fer dispose, en effet, d'une induction magnétique de saturation élevée minimisant les pertes. De cette manière, il est possible de réaliser des bobines au noyau plus fin, laissant ainsi place à des bobinages en cuivre plus épais. La faible résistance électrique en courant continu et les pertes minimales entraînent également une production de chaleur moins importante.

Illustration : Contrairement à une bobine à noyau de ferrite, l'inductance de puissance composite IHLP maintient une puissance pratiquement invariable, même en cas de courants plus élevés. (Source : Vishay)  

Le principal avantage de la poudre de fer est son comportement de saturation stable grâce auquel même les charges de pointe temporaires n'entraînent pas l'effondrement de l'inductance. Vu que ce comportement positif est indépendant de la température ambiante et des phénomènes de vieillissement, il permet des designs fiables dans une vaste plage d'utilisation. De plus, les inductances de puissance composites offrent un design à blindage magnétique afin d'améliorer la compatibilité électromagnétique et de réduire les bruits parasites.

Les inductances de puissance composites typiques sont disponibles dans les versions de 1212 (3 x 3 mm) à 8787 (22 x 22 mm). Du fait de leur conception, des intensités de courant bien au-delà de 100 A sont possibles avec des composants très compacts. Grâce à l'utilisation de différentes compositions de poudre de fer, il est également possible de satisfaire aux exigences spécifiques des clients, par ex. des températures élevées jusqu'à 180 °C ou des plages de fréquence élevées jusqu'à 5 MHz pour les bobines d'accumulation.

Ces bobines de puissance CMS sont principalement utilisées comme bobines d'accumulation dans des convertisseurs DC/DC ainsi que comme bobines de filtrage CEM dans les applications les plus diverses, notamment dans l'électronique automobile et industrielle.

Pour les circuits de commande de LED, différentes topologies sont disponibles telles que Buck, Boost, Buck-Boost ou Sepic. Parmi les diverses applications, on trouve l'éclairage intérieur et extérieur automobile, les signaux de trafic routier et ferroviaire, l'illumination, les flashs et le rétroéclairage des écrans LCD. 

Pratiquement toutes les applications citées peuvent bénéficier des modèles à encombrement minimal de la série d'entrée de gamme IHLP de Vishay. Dans la plage comprise entre 0,22 et 100 µH, le plus petit type, IHLP1212AB, possède des dimensions de 3 x 3 x 1,2 mm et le plus grand type, IHLP8787MZ, des dimensions de 22 x 22,48 x 13 mm.

Illustration : Convertisseur Boost 1,25 MHz pour LED blanches (Source : Vishay)

L'inductance de puissance composite à blindage électrique de la série IHLP offre une solution particulièrement innovante pour les applications où la CEM est cruciale comme on les rencontre de plus en plus souvent dans le secteur automobile. Grâce à un blindage supplémentaire, cette solution facile d'utilisation et abordable réduit nettement les influences négatives du champ électrique, typiquement de -20dB jusqu'à 1 cm.

À cela s'ajoutent des inductances de puissance composites affichant d'autres innovations telles que les inductances doubles de la série IHLD de Vishay. Elles sont adaptées aux amplificateurs audio de classe D dans les secteurs commercial et automobile. Grâce aux atouts techniques de la technologie de puissance composite, ce type de bobine permet de réaliser des systèmes audio numériques de haute qualité à faible distorsion sous forme de modèles aussi compacts que possible.

Les inductances couplées de la série IHCL sont entre autres conçues pour les convertisseurs DC/DC SEPIC. Au sein d'un seul boîtier, elles regroupent deux inductances avec un facteur de couplage magnétique supérieur à 90 %. Celles-ci résistent à des températures jusqu'à 155 °C et sont disponibles avec des valeurs d'inductance jusqu'à 47 µH.

Illustration : Convertisseur SEPIC pour la conversion continu-continu (Source : Vishay)

Bien que la technologie composite offre de nombreux atouts, les inductances à ferrite – essentiellement avec des noyaux MnZn et NiZn – conservent toujours leur légitimité, notamment en cas de fréquences élevées et de faibles pertes par courant parasite.

Elles aussi font l'objet de constantes optimisations pour l'utilisation dans les applications à courant fort. Ainsi, Sumida propose, dans le cadre de sa série CDEP15D90 / T150, une inductance discrète pour courant fort destinée aux applications dans les feux automobiles à LED. À ce niveau, on constate une diversification croissante ; certains feux sont par ex. équipés d'une fonction ADB (Adaptive Driving Beam, faisceau de conduite adaptatif) ou d'un AFS (Adaptive Front-lighting System, système d'éclairage avant adaptatif). Ces derniers nécessitent des courants encore plus élevés pouvant aller jusqu'à environ 15 A.

Tout en respectant les critères de fiabilité automobiles AEC-Q200, ces inductances sont conçues de manière si rigoureuse que le noyau et le fil résistent à une tension de 120 V DC. Avec des dimensions de 16 x 16 x 10 mm, elles sont spécifiées pour une plage de température de service jusqu'à 150 °C.

Illustration : powerinductors, Murata (Source : Murata)

Si suffisamment d'espace est disponible, les inductances à noyau champignon et sortie radiale, par ex. celles proposées par Murata PS, Sumida et Panasonic, constituent une alternative abordable. Elles sont disponibles aussi bien en version non blindée qu'en version à blindage magnétique avec diverses dimensions. 


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