Par Frederik Dostal, Analog Devices
Contrairement aux outils de calcul et de simulation, les logiciels utilisés pour concevoir l’architecture d’une alimentation électrique ne sont guère répandus. Ils jouent pourtant un rôle capital dans le processus de conception de ce type de composant. Point de départ du développement d’une alimentation, ces outils jettent en effet les bases de la création d’une architecture d’alimentation optimale.
Les outils disponibles pour développer des alimentations électriques sont monnaie courante, ce qui allège la tâche fastidieuse des développeurs. C’est le cas de LTspice®, un outil bien connu développé par Analog Devices pour simuler un circuit de conversion de puissance. LTspice permet de simuler différentes formes d’ondes de tension et de courant dans le but d’affiner la conception du circuit et de l’adapter plus étroitement à des exigences spécifiques.
Des outils de calcul tels que LTpowerCAD® sont également disponibles. Contrairement à LTspice, LTpowerCAD est un outil de calcul et de conception, et non de simulation. Il prend en compte diverses spécifications telles que la plage de tension d’entrée, la tension de sortie, le courant de charge ou l’ondulation de tension en sortie pour «calculer» et optimiser le circuit. Un convertisseur de puissance approprié est alors sélectionné et des composants passifs externes suggérés. En d’autres termes, LTpowerCAD est utilisé pour concevoir et LTspice pour simuler des circuits intégrés.
La définition de l’architecture de l’alimentation ou la création d’une arborescence de puissance représente un autre aspect critique du développement d’une alimentation. L’alimentation complète d’un système nécessite généralement plusieurs convertisseurs de puissance, ainsi que différentes tensions. Il existe de multiples façons de procéder: les différences entre les architectures peuvent être parfaitement calculées et représentées à l’aide d’un outil d’optimisation tel que LTpowerPlanner® d’ADI.
La figure 1 affiche l’interface de l’outil LTpowerPlanner avec l’architecture d’une alimentation utilisant une entrée de 24 V à partir de laquelle sont générés différents courants et tensions d’alimentation. Les blocs peuvent être facilement ajoutés et connectés par des lignes intermédiaires. En cliquant sur l’un de ces blocs, le concepteur peut définir l’efficacité de la conversion d’énergie correspondante. Une fois les valeurs choisies, l’outil LTpowerPlanner procède au calcul global de l’architecture complète de conversion de puissance. L’architecture représentée à la figure 1 affiche un rendement global de 91,6 %.
Un outil tel que LTpowerPlanner permet aux concepteurs d’alimentations de comparer différentes architectures de conversion de puissance. La figure 2 présente une solution dont les spécifications sont identiques à celles de la figure 1, mais avec une structure différente. Si l’on compare ces deux solutions, on voit qu’un régulateur linéaire à faible chute de tension (LDO) est utilisé pour générer le rail de tension de 1,2 V à partir du rail de 2,8 V. Il est plus économique d’utiliser une solution qui comprend trois convertisseurs et un régulateur LDO (figure 2) que quatre convertisseurs (figure 1).
Autre modification par rapport à la figure 1, la tension de 3,3 V n’est pas générée directement à partir du rail 24 V, mais par l’intermédiaire du convertisseur 2 et de la tension intermédiaire de 5 Vcc.
Les figures 1 et 2 illustrent non seulement l’architecture, mais également les rendements calculés. Le rendement global de l’architecture de la figure 2 est de seulement 86,3 %, soit 5,3 % de moins que la solution représentée à la figure 1.
Pour choisir la meilleure architecture, vous pouvez comparer le coût de chaque solution, le rendement global de l’architecture et la taille de chaque solution, ce qui se fait difficilement sans un outil tel que LTpowerPlanner.
L’outil LTpowerPlanner peut être utilisé de façon autonome pour créer l’architecture d’une alimentation (Figure 3). Cet outil est inclus dans LTpowerCAD, une solution téléchargeable gratuitement sur le site d’ADI. LTpowerPlanner est accessible sous le champ bleu «System Design».
LTpowerPlanner propose une vue panoramique des différentes architectures d’alimentation. De plus, la fonction de calcul intégrée peut être utilisée pour déterminer l’architecture la plus intéressante sur le plan du rendement.
Conclusion
Dans la chaîne des outils de gestion de la consommation, l’optimisation de l’architecture de gestion de l’énergie constitue la première étape. L’outil LTpowerPlanner d’ADI est à ce titre très précieux dans la mesure où il peut être utilisé pour dessiner l’arborescence de puissance dans différentes configurations ainsi que les comparer. En outre, sa fonction de calcul du rendement fournit des informations précieuses qui permettent de choisir rapidement la meilleure architecture parmi les options disponibles.
À propos de l’auteur
Frederik Dostal affiche plus de 20 ans d’expérience dans le domaine de la gestion de l’énergie. Après des études de microélectronique à l’université d’Erlangen (Allemagne), il rejoint National Semiconductor en 2001 au poste d’ingénieur d’application sur site (Field Applications Engineer), où il acquiert une solide expérience de la mise en œuvre de solutions de gestion de l’alimentation dans les projets de différents clients. Chez National, il passe également quatre ans à Phoenix (Arizona) et travaille sur les alimentations à découpage en tant qu’ingénieur d’application. En 2009, il rejoint Analog Devices, où il occupe diverses fonctions (ligne de produits et support technique européen). Il utilise actuellement ses vastes connaissances en conception et applications en tant qu’expert en gestion de l’énergie. Frederik travaille au bureau ADI de Munich (Allemagne).
Source : com-trail.com