En déterminant le courant nominal pour les inducteurs de puissance, il est possible de sélectionner les composants de manière optimale.
Article publié par pÉlectrique dans le cadre d’un partenariat exclusif de contenu numérique avec Bodo’s Power Systems.
La définition du courant nominal continue de varier parmi les fabricants de composants passifs dans l’industrie de l’électronique de puissance, malgré l’adoption de la norme IEC 62024-2, qui décrit spécifiquement comment le courant nominal doit être mesuré. De ce fait, des idées reçues peuvent encore émerger quant à la signification de ce paramètre et à la façon dont les ingénieurs de conception peuvent l’utiliser. S’agit-il d’un paramètre absolu ? Les valeurs de courant nominal des différents fabricants sont-elles directement comparables ?
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La réponse à ces questions est non. Par conséquent, certaines pièces de certains fabricants peuvent sembler meilleures à première vue que d’autres. Cependant, les ingénieurs en conception et en composants doivent toujours bien comprendre comment le fabricant mesure ses composants pour rapporter les paramètres de courant nominal, et ne pas accepter ces paramètres au pied de la lettre.
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Dans cette optique, Würth Elektronik a développé un modèle thermique qui calcule le courant nominal des inducteurs de puissance en fonction d’une taille spécifique de PCB, permettant aux ingénieurs en conception et en composants d’explorer comment le courant nominal des pièces est affecté par différentes dimensions de PCB.
Impact des Dimensions du PCB sur le Courant Nominal
Une explication du comportement thermique des inducteurs de puissance peut être trouvée dans le note d’application ANP096 – Que signifient les valeurs de courant nominal ?. Comment les dimensions des traces PCB influencent l’augmentation de la température de l’inducteur est décrit. En résumé, des traces plus larges et une épaisseur de cuivre accrue (section transversale du PCB) réduiront la résistance thermique, augmentant ainsi le flux de chaleur conductible provenant de l’inducteur. À mesure que la surface du PCB augmente, la résistance à la convection thermique et à la radiation diminue, augmentant le transfert de convection thermique et de radiation vers l’environnement ambiant. Dans ce scénario d’augmentation des dimensions, plus de chaleur peut être transférée à l’environnement via le PCB, abaissant la température de fonctionnement de l’inducteur. Cela signifie également qu’un courant plus élevé peut être appliqué à la pièce pour atteindre la même température que celle atteinte avec un PCB de dimensions plus petites. Nous pouvons ainsi concevoir comment les dimensions du PCB affectent la valeur reportée du courant nominal dans les fiches techniques. Encore une fois, des PCB de test avec de grandes tailles peuvent être utilisés pour déformer les valeurs de courant nominal, et cette information peut ne pas être précisée dans les fiches techniques, laissant place à des interprétations erronées par les ingénieurs en conception et en composants.
Calculateur de Courant Nominal
Pour définir le courant nominal des composants mesurés sur des PCB de différentes tailles, le Calculateur de Courant Nominal de Würth permet à l’utilisateur d’entrer les dimensions souhaitées du PCB (Figure 1).
Figure 1. Interface utilisateur du Calculateur de Courant Nominal avec les dimensions de 5 mm de la classe A IEC62024-2 saisies. Image utilisée avec la permission de Bodo’s Power Systems [PDF]
Après que les dimensions du PCB aient été saisies par l’utilisateur, une colonne IR personnalisée est ajoutée au tableau des paramètres (Figure 2).
Figure 2. Courant Nominal de la fiche technique (à gauche) et valeur de Courant Nominal personnalisé (à droite) basée sur les dimensions saisies dans l’interface utilisateur. Image utilisée avec la permission de Bodo’s Power Systems [PDF]
De plus, le graphique d’augmentation de température a été mis à jour pour refléter les nouvelles dimensions du PCB (Figure 3).
Figure 3. Graphique d’augmentation de température basé sur les dimensions saisies dans l’interface utilisateur. Image utilisée avec la permission de Bodo’s Power Systems [PDF]
Ces calculs sont basés sur un modèle statistique vérifié par des mesures de composants utilisant des PCBs de différentes tailles. De cette manière, l’utilisateur peut désormais voir le courant nominal calculé pour les inducteurs de puissance de Würth Elektronik sur des PCBs de différentes tailles, que ce soit pour des comparaisons avec d’autres inducteurs de puissance ou pour estimer le courant nominal d’une pièce lorsqu’elle est soudée au PCB de l’application. Il convient de noter que lors de l’utilisation pour estimer le courant nominal dans l’application cible, il faut se rappeler que d’autres composants contribueront à la distribution de chaleur dans le PCB. Ces composants pourraient augmenter la température du PCB, comme les circuits intégrés et les condensateurs, ou, dans le cas des dissipateurs thermiques, abaisser la température du PCB.
Considérons le WE-LHMI (744 373 460 68), qui a une performance de courant nominal de 4.45 A (Figure 4). Cela est mesuré sur un PCB de classe IEC 62024-2 IClass C. Le graphique affiche l’augmentation de température résultant du courant continu pour ce composant sur le PCB IClass A de 5 mm, IClass C, et IClass D. De plus, le graphique affiche la sortie du Calculateur de Courant Nominal en tant que points de données. Les valeurs calculées sont comparables à celles recueillies à partir des mesures de composants.
Figure 4. Comparaison de l’auto-chauffage du WE-LHMI 744 373 460 68 sur différents PCBs IEC 62024-2 et le courant calculé pour une augmentation de température de 40 K en utilisant le Calculateur de Courant Nominal (points de données). Image utilisée avec la permission de Bodo’s Power Systems [PDF]
Cette comparaison démontre comment le Calculateur de Courant Nominal calcule le courant nominal avec une précision relative par rapport aux mesures de courant nominal. Elle montre également à quel point le courant nominal d’une pièce dépend fortement des dimensions du PCB, avec l’inducteur fonctionnant à des courants encore plus élevés que le courant nominal indiqué dans la fiche technique. De plus, cela démontre que les valeurs de I RP sont des chiffres à comparer et à utiliser comme guide dans la sélection des inducteurs avant le prototypage. Il faut garder à l’esprit qu’il s’agit de paramètres de base, ne tenant compte que des courants continus sans autres pièces générant de la chaleur sur le PCB. Les pertes en courant alternatif et les effets thermiques des composants environnants devront également être pris en compte dans des conditions réelles. Les augmentations de température réelles dans les applications finales varieront considérablement en fonction des conditions.
Courant Nominal Basé sur les Dimensions du PCB
Les valeurs de courant nominal présentes dans les fiches techniques servent de guide pour la sélection des inducteurs de puissance. Cependant, l’augmentation de température des inducteurs de puissance peut être influencée par les dimensions du PCB sur lequel ils sont testés. Ces dimensions ne sont pas toujours comparables entre tous les fabricants, donnant une fausse impression de ce que les valeurs de courant nominal représentent.
Comparer des pièces similaires provenant de différents fabricants sur les mêmes PCBs révèle que la performance thermique est presque analogue. À cet égard, le Calculateur de Courant Nominal peut déterminer le courant nominal des inducteurs de puissance de Würth Elektronik sur une taille de PCB au choix de l’utilisateur, permettant d’estimer une valeur de courant nominal pour l’application finale de l’utilisateur ou de comparer des inducteurs avec des composants concurrents.
Cet article est paru à l’origine dans le magazine Bodo’s Power Systems [PDF].