24/04/2009

Composants inductifs : les éléments clés de la nouvelle électrification des véhicules

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 Les nouvelles tendances de l’industrie automobile impliquent dans l’avenir l'intégration de nouveaux éléments électriques dans les voitures comme les batteries, les moteurs électriques et les convertisseurs d'énergie associés. Ces derniers sont les nouveaux composants qui optimiseront le fonctionnent  des véhicules de nouvelle technologie. Outre ces nouveaux circuits électriques placés à l'intérieur des voitures, le filtrage et l'isolement normatif sont également à ne pas négliger.


Pour les voitures semi-hybrides, un convertisseur DC-DC de 1.5 à 3kW est utilisé pour maximiser le fonctionnement des alimentations auxiliaires. Ce convertisseur permet d’isoler la tension produite de 14 VDC à partir du 400V des batteries et cela afin de protéger les utilisateurs des décharges électriques. L'élément clef pour exécuter cette tâche est un transformateur de forte puissance. Ce transformateur doit présenter une isolation de 3000V pendant une minute dans un convertisseur de taille inférieure à 20cm². De plus, le courant transitant dans cet élément inductif est très élevé, de 90 à 200A, et les pertes à puissance nominale doivent rester inférieures à 30W. Compte tenu de ces contraintes, les technologies de bobinage conventionnelles deviennent obsolètes, motif pour lequel PREMO offre aujourd’hui sa nouvelle série HPT.


La série HPT a été développée afin que le convertisseur DC-DC auxiliaire optimise le fonctionnement de l’électronique dans tout le véhicule. Avec une hauteur de seulement 33mm et une technologie d’encapsulage qui assure un haut niveau d'isolement (jusqu'à 5kV), le transformateur HPT peut atteindre un rendement de 99 %, bien meilleur que celui obtenu par des technologies classiques. Ce qui se traduit par une réduction de consommation de carburant de 20% par an en moyenne durant la vie d’un véhicule et d’une économie similaire en émissions de CO² dans l'atmosphère.


Durant la mise en marche ou bien pendant l’arrêt des systèmes micro-hybrides, un convertisseur DC-DC plus petit utilise l'énergie des batteries actuelles (14V) pour charger un condensateur et mettre sous tension un moteur électrique intégré dans la ceinture de transmission. Le système stoppe automatiquement le moteur à essence lors d’un arrêt aux feux de signalisation ou lors de la sollicitation des freins de la voiture, réduisant ainsi la consommation de carburant et les émissions de CO². Le niveau de puissance peut aller jusqu'à 750W (12V / 65A) en exploitant différentes topologies. (boost, buck, cuk, push-pull, etc…).


Le filtrage CEM de ce convertisseur doit être optimisé en raison d’une fréquence de découpage élevée (plus de 200kHz). Aucun bruit issu de la commutation ne peut provenir du convertisseur vers le reste du véhicule et cela afin de protéger le reste de son électronique des perturbations et interférences  pouvant affecter sa sécurité. Il est donc nécessaire d'inclure des inductances de filtrage de mode différentiel dans le convertisseur pour limiter les bruits résultant de la fréquence de commutation. La valeur d'inductance nécessaire est de 1 à 4uH avec des niveaux de saturation allant à 70A.


La taille et les limitations de poids sont d’autres paramètres clés. Les selfs supportant actuellement près de 70A ne doivent pas dépasser 25mm3. Cela signifie 11A par cm² ! De nouvelles idées et de nouveaux designs sont nécessaires pour mener à bout ces développements. PREMO propose déjà ce genre de selfs de filtrage totalement personnalisées, faites pour s’inscrire dans de petites dimensions (25mm x 25mm x 25mm), avec un poids de moins de 35g, une résistance DC la plus basse possible (< 0.5mOhm) et une performance CEM accrue grâce à une construction qui réduit la propagation du champ magnétique proche afin d’éviter de produire du bruit à l'extérieur du convertisseur.