La demande en électronique efficace et compacte ne cesse de croître et les alimentations à découpage évoluent rapidement. Cet article se penche sur les principales avancées, les applications et l'impact sur le marché de cette technologie, ainsi que sur des conseils essentiels pour sélectionner l'alimentation électrique adaptée en fonction de paramètres critiques tels que l'efficacité et la tension de sortie.
Table des matières
Introduction aux alimentations à découpage
Taille du marché et points de croissance
Catégories et paramètres courants à noter
Derniers développements
Conclusion
Introduction aux alimentations à découpage
Avant l'avènement du téléphone mobile, la révolution de l'alimentation linéaire à l'alimentation à découpage a eu lieu lors du développement de l'ordinateur personnel. De nombreuses personnes comprennent l'ordinateur (PC) lui-même et connaissent son modèle de processeur et la taille de sa mémoire. Mais certains peuvent ne rien savoir de son alimentation électrique. Les premiers PC utilisaient des alimentations linéaires.
En quelques décennies seulement, la technologie des alimentations à découpage a été bouleversée et les progrès considérables des dispositifs à semi-conducteurs sont derrière elle. La technologie énergétique moderne évolue dans le sens de :
- Verdissement
- Miniaturisation
- La modularisation
- Intelligence
- Modularisation et intelligence
- Digitalisation et diversification
Les caractéristiques de faible consommation d'énergie, de faible pollution, de faible courant, de rendement élevé et d'intégration élevée devenant progressivement la norme, la technologie de l'énergie dépend également du développement des composants électroniques et des circuits intégrés. La nouvelle alimentation à découpage intègre le tube de commutation de puissance et divers modules de protection de sortie pour réduire encore le volume.
Taille du marché et points de croissance
D’après Statistiques de l'enquête sur Hengzhou Chengshi, la taille du marché mondial des alimentations à découpage en 2022 est d'environ 29.56 milliards USD. L'avenir devrait maintenir une tendance de croissance régulière et la taille du marché sera proche de 46.72 milliards USD d'ici 2032, avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 4.7 % au cours de la période de prévision.
Les principaux fabricants mondiaux d'alimentations à découpage sont DELTA, Lite-On Technology, Salcomp, Cosel, etc. Les trois premiers fabricants mondiaux occupent près de 20 % des parts de marché. Le marché mondial des alimentations à découpage a connu une croissance constante ces dernières années.
Cette croissance est principalement attribuée au besoin de miniaturisation, d’efficacité et d’intelligence des appareils électroniques et au développement rapide de domaines émergents tels que les systèmes d’énergie renouvelable et les véhicules électriques.
Le marché des alimentations à découpage devrait continuer à se développer au cours des prochaines années avec la popularisation de technologies telles que l'Internet des objets, la communication 5G et l'intelligence artificielle.
Catégories et paramètres courants à noter
Pour bien comprendre l'alimentation à découpage, vous devez commencer par examiner ses paramètres électriques, ses limites d'application et les indicateurs associés pour analyser et comprendre son image complète. Cela fournit un support précis et professionnel pour nos besoins d'utilisation ou d'approvisionnement. Voici un exemple pour nous aider à mieux comprendre :
Paramètres électriques de l'alimentation à découpage
Plage de tension d'entrée
Les valeurs minimales et maximales de la tension d'entrée sont acceptées par l'alimentation à découpage. Cette plage dépend généralement de la conception de l'alimentation et de l'environnement d'application. Pour le courant alternatif, la tension d'entrée est comprise entre 85 et 264 V.
La tension de sortie
La tension est fournie par l'alimentation à découpage à la charge. Adaptez-la aux besoins de la charge (12 V).
Courant de sortie
La valeur actuelle fournie par l'alimentation à découpage à la charge pendant le fonctionnement normal. (20A).
Efficacité de conversion
Efficacité avec laquelle une alimentation à découpage convertit l'énergie d'une alimentation d'entrée en énergie d'une alimentation de sortie. Plus l'efficacité de conversion est élevée, plus la perte d'énergie est faible et moins l'émission de chaleur de l'alimentation est importante (> 85 %).
La fréquence
La vitesse à laquelle une alimentation à découpage convertit une tension d'entrée en tension de sortie, généralement en kilohertz (kHz). Plus la fréquence est élevée, plus la perte de commutation est faible, mais la difficulté de conception et le coût de l'alimentation à découpage augmenteront également (60K – 90KHZ).
Ondulations et bruit
De petites fluctuations indésirables (ondulations) et un bruit haute fréquence dans la tension de sortie sont particulièrement importants pour les équipements électroniques de précision car ils peuvent affecter les performances de l'équipement (< 80 MV).
Méthode de refroidissement: refroidissement par air
Fonction de protection
Il comprend une protection contre les surintensités (OCP), une protection contre les surtensions (OVP), une protection contre les surchauffes (OTP) et une protection contre les courts-circuits (SCP) pour protéger l'alimentation et l'équipement de charge contre les dommages.
Paramètres de limite d'application liés à l'alimentation à découpage
Capacité de chargement
Puissance ou courant maximal d'une charge pouvant être pris en charge par une alimentation à découpage. Le dépassement de cette limite peut entraîner une surchauffe ou endommager l'alimentation.
Certifications de sécurité
L'alimentation à découpage doit être conforme aux normes de sécurité et aux certifications, telles que UL, CE, RoHS, etc. Ces certifications garantissent la sécurité et la protection de l'environnement de l'alimentation.
De nombreux paramètres constituent également un nombre considérable de types d'alimentations à découpage, notamment :
Classification par principe de fonctionnement
Alimentation à découpage à modulation de largeur d'impulsion (PWM) : La tension de sortie est contrôlée en ajustant le temps de fonctionnement (largeur d'impulsion) de l'élément de commutation.
Alimentation à découpage à modulation de fréquence d'impulsions (PFM) : La tension de sortie est contrôlée en ajustant la fréquence de l'élément de commutation.
Alimentation à découpage hybride : Combine les caractéristiques des technologies PWM et PFM.
Alimentation à découpage résonnante : L'utilisation de circuits résonants pour obtenir une action de commutation, les composants de commutation fonctionnent généralement dans des conditions de tension nulle ou de courant nul.
Classification par topologie
Convertisseur direct : La tension d'entrée est directement convertie en tension de sortie, souvent utilisée pour la conversion Buck.
Convertisseur inverse : La tension d'entrée est inférieure à la tension de sortie et est souvent utilisée pour les conversions Boost.
Convertisseur Push-Pull : Utilise deux éléments de commutation pour fonctionner en alternance, augmentant ainsi l'efficacité et la puissance de sortie.
Convertisseur Full Bridge : Utilise quatre éléments de commutation pour les applications haute puissance.
Convertisseur demi-pont : Utilise deux éléments de commutation pour les applications de puissance moyenne.
Convertisseur monotube : Utilise un seul élément de commutation pour les applications à faible consommation.
Classement par domaine d'application
Alimentation à découpage industrielle : Convient à l'automatisation industrielle, aux équipements de communication, etc., nécessitant une fiabilité et une stabilité élevées.
Alimentation à découpage de qualité commerciale : Convient aux bâtiments commerciaux, aux équipements de bureau, etc., nécessitant de meilleures performances et une facilité d'utilisation.
Alimentation à découpage grand public : Convient aux appareils électroménagers, aux ordinateurs personnels, etc., nécessitant une petite taille et un faible coût.
Alimentation à découpage de qualité médicale : Convient aux équipements médicaux, nécessitant des normes strictes de compatibilité électromagnétique et de sécurité.
Autres classifications de l'alimentation électrique
Alimentation de communication : Alimentation de type convertisseur DC/DC utilisée dans les systèmes de communication.
Alimentation spéciale : Alimentation haute tension et faible courant, alimentation haute intensité, alimentation CA/CC d'entrée 400 Hz, etc.
Derniers développements
Les fréquences de commutation ont désormais atteint le niveau du MHz. Depuis le dépassement de la barrière des 20 kHz dans les années 1970, les progrès technologiques ont propulsé les fréquences de commutation dans la gamme de 500 kHz à 1 MHz. La technologie de commutation douce, qui réduit théoriquement les pertes de commutation à zéro, a connu un développement et des applications importants.
Les principales conceptions de circuits comprennent les circuits quasi-résonants, les circuits PWM à commutation nulle et les circuits PWM à conversion nulle. Parmi les technologies notables qui ont mûri, on peut citer le ZVS à pince active et le ZVS à déphasage en pont complet à commutation douce, qui peuvent tous deux atteindre une efficacité supérieure à 90 %.
L'émergence de la technologie de commutation n'a pas éclipsé la commutation dure. Au contraire, la combinaison des deux a insufflé une nouvelle vie à ce domaine. Les technologies de transition à courant nul (ZCT) et de transition à tension nulle (ZVT) combinent les avantages de faible perte de commutation, de haute fréquence et d'économie d'énergie de la commutation douce avec les avantages de filtrage et de gestion du courant de la commutation dure.
La technologie de redressement synchrone améliore également considérablement l’efficacité de l’alimentation à découpage.
En utilisant des MOSFET à faible résistance (moins de 3 mΩ) au lieu de diodes pour la rectification, un contrôleur synchronise les signaux de commande de grille avec la tension rectifiée, minimisant ainsi les pertes de rectification. Cette méthode est particulièrement efficace pour les convertisseurs de puissance basse tension et haute intensité.
La technologie numérique améliore les performances des produits en facilitant l'interaction homme-machine via des interfaces telles que des claviers externes et des écrans à cristaux liquides. Elle permet la communication de données avec les ordinateurs hôtes via RS485, RS232, bus CAN et d'autres interfaces, permettant la télémétrie et le contrôle à distance. Les alimentations numériques prennent également en charge la maintenance en ligne, les auto-tests et les mises à niveau via leurs interfaces réseau, améliorant ainsi considérablement la fiabilité et la longévité.
La modularisation des circuits et systèmes d'alimentation électrique améliore la qualité en permettant aux concepteurs d'utiliser différents modules fonctionnels de manière flexible. Cela améliore l'efficacité de la fabrication, réduit les coûts et la taille et améliore la fiabilité.
Les fabricants ont intégré des fonctions de contrôle telles que PFC, ZVS, ZCS, PWM, partage de courant parallèle et contrôle de pont complet à décalage de phase dans des puces spécialisées. En regroupant des dispositifs de commutation de puissance, des circuits de commande, d'entraînement, de protection, de détection et d'autres circuits dans un seul module, les utilisateurs peuvent intégrer des fonctions de contrôle, de dispositifs semi-conducteurs de puissance et de transmission d'informations.
Conclusion
En bref, l'alimentation à découpage est un élément indispensable des équipements électroniques modernes, avec des rôles et des avantages importants. Dans le développement futur de la science et de la technologie, les alimentations à découpage continueront d'être développées et améliorées pour répondre aux besoins des équipements électroniques en termes de hautes performances, de rendement élevé, de stabilité élevée et de fiabilité.
