Qu’est-ce qu’un inducteur de puissance ?
Un inducteur de puissance est un élément de bobine utilisé dans les circuits de puissance parmi les inducteurs.
Ils sont également appelés selfs de puissance. Il existe trois types de construction de base : les enroulements formés par la technologie de laminage, les enroulements sur un noyau en forme de barre et les enroulements sur un noyau en forme de tambour.
Les inducteurs, y compris les inducteurs de puissance, ont une propriété qui permet aux courants continus de passer, mais qui empêche les courants alternatifs de passer. Cette propriété est utilisée pour éliminer le bruit à haute fréquence dans les circuits de conversion de tension.
L’impédance exprime la difficulté à faire passer le courant alternatif, et la formule suivante de l’impédance d’une inductance montre que cette propriété peut être facilement expliquée.
Impédance d’une inductance [Ω]ZL=jωL
(L : inductance [H] ω : fréquence angulaire [rad/s])
Utilisations des inducteurs de puissance
Les inducteurs de puissance sont utilisés dans de nombreux domaines, tels que l’électroménager, les équipements de télécommunication et les équipements de transport, pour stabiliser la tension d’alimentation des circuits électriques. Les smartphones et les automobiles en sont des exemples.
Le contrôle de la tension de l’alimentation en courant continu est très important pour tous les appareils électroniques. En effet, les appareils électroniques ont une plage de tension d’alimentation qui garantit un fonctionnement normal, et la capacité à fournir la bonne tension à chaque composant a donc un impact sur la stabilité du fonctionnement du circuit et sur la durée de vie de l’équipement.
Les convertisseurs DC-DC sont des circuits de conversion de tension et la fourniture d’une tension stable dépend des performances de l’inducteur de puissance. Il existe deux types de circuits convertisseurs : les circuits convertisseurs buck, qui abaissent la tension, et les circuits convertisseurs boost, qui augmentent la tension. Tous deux contiennent des éléments de commutation, des diodes et des inducteurs de puissance comme composants.
Principe des inducteurs de puissance
Lorsqu’un courant alternatif traverse un inducteur, l’induction électromagnétique génère une force électromotrice induite proportionnelle au taux de variation temporelle de ce courant.
Force électromotrice induite [V]e = -L* (dI/dt)
(L : inductance [H] I : courant [A] t : temps [sec])
Comme la direction de la force électromotrice induite va à l’encontre de la variation du flux d’origine (loi de Lenz), elle est marquée d’un signe moins pour l’indiquer explicitement. Une force électromotrice induite est générée dans le sens contraire à la variation du courant, ce qui rend difficile la circulation du courant alternatif.
La constante de proportionnalité impliquée dans la force électromotrice induite est l’inductance (unité : Henry [H]). Elle est exprimée comme la capacité à convertir l’énergie électrique en énergie magnétique.
Pour augmenter l’inductance, on peut utiliser des méthodes telles que “l’augmentation de la section de la bobine”, “l’augmentation du nombre de spires” et “l’augmentation de la perméabilité magnétique par l’ajout d’un noyau”. Pour les convertisseurs, l’inductance est déterminée en fonction de la fréquence de commutation.
Par rapport aux inducteurs destinés à d’autres utilisations, les inducteurs de puissance se caractérisent par leurs grandes dimensions externes et leur inductance élevée, et sont conçus pour fournir des caractéristiques plus adaptées à une alimentation stable en tension continue.
Comment choisir une inductance de puissance ?
Lors de la sélection d’un inducteur de puissance, il faut d’abord tenir compte de la valeur de l’inductance et du courant admissible qui traverse l’inducteur. De plus, les caractéristiques de forme et de fréquence de l’inductance doivent également être prises en compte pour déterminer le composant optimal. La décision est basée sur le niveau d’efficacité, les caractéristiques de sortie et l’immunité au bruit requis pour le convertisseur DC-DC à concevoir.
Pour les inducteurs de puissance, le courant continu superposé admissible et le courant d’élévation de température admissible sont spécifiés. Pour les inducteurs :
- Plus le courant continu traversant l’inducteur est important, plus l’inductance est faible.
- Lorsque le courant augmente, la chaleur Joule due à la résistance de l’enroulement augmente.
Par conséquent, non seulement la valeur de l’inductance, mais aussi la valeur du courant admissible sont importantes. Les fabricants produisent une grande variété d’inductances pour un large éventail d’utilisations. Par exemple, un composant avec une grande inductance a de faibles pertes en courant continu et donc un rendement élevé, mais il y a un compromis dans la mesure où les dimensions externes du composant sont plus grandes et où il y a plus de chaleur générée. Ces points doivent également faire l’objet d’une attention particulière.
Idéalement, la valeur de la tension de l’alimentation en courant continu de chaque groupe de circuits à concevoir devrait être maintenue à une valeur constante à tout moment, mais cela est rarement possible dans la réalité. Cependant, il est important de choisir des dispositifs ayant d’excellentes caractéristiques pour éviter les problèmes.