Comment concevoir un circuit convertisseur de courant alternatif en continu dans Altium Designer

Un circuit convertisseur de courant alternatif (CA) en courant continu (CC) fait exactement ce que son nom suggère : il prend une entrée CA harmonique et la convertit en une sortie CC.

Ces circuits sont simples en apparence et fonctionnent à faible puissance sur une plaque d'essai, mais un véritable circuit convertisseur de courant alternatif en courant continu est plus complexe qu'un simple circuit transformateur et redresseur.

Trouver les composants appropriés pour ces circuits et réaliser des simulations de puissance précises nécessite un logiciel de conception de circuit imprimé (PCB) adapté, qui comprend des outils puissants de conception de circuits.

Que vous ayez besoin de concevoir une alimentation, un régulateur, un convertisseur ou d'autres systèmes d'alimentation, Altium Designer dispose des utilitaires de conception adaptés. Le plus gros avantage d'Altium Designer est son environnement de conception intégré, qui rassemble dans un seul programme tous les outils nécessaires à la conception de circuits imprimés.

Lisez notre guide pour en savoir plus sur la conception de circuits de convertisseur de courant alternatif en courant continu (CA-CC) et les autres circuits de support nécessaires pour les systèmes d'alimentation.

Altium Designer

Un package de conception de PCB unifié qui intègre des fonctionnalités de conception de circuits avec un éditeur de PCB puissant et un package de simulation SPICE.

Presque chaque dispositif qui se branche sur une alimentation secteur devra convertir l'énergie CA provenant de la prise murale en énergie CC qui peut être utilisée par les circuits intégrés.

Cela signifie que de nombreux produits nécessitent un circuit convertisseur de courant alternatif en courant continu (CA-CC), ainsi que d'autres circuits tels qu'un régulateur de tension, un circuit de correction du facteur de puissance (PFC) et des circuits de commande pour une conversion d'énergie à haute efficacité.

Pour réussir, il est essentiel d'adopter la bonne stratégie de conception et d'intégrer ces différentes parties d'un système en un produit complet.

Les systèmes d'alimentation destinés à la production nécessitent une disposition sûre et fonctionnelle, et la conception doit également être vérifiée à l'aide de simulations pour s'assurer qu'elle fonctionne comme prévu

Lorsque vous utilisez un package de conception intégré, vous pouvez créer vos schémas de conversion de puissance, un routage de PCB de haute qualité et effectuer des simulations de circuits dans un seul programme.

Conception d'un circuit convertisseur de courant alternatif en continu

Un circuit pour convertir un courant alternatif en continu utilise le redressement pour convertir la puissance d'entrée CA en sortie CC instable avec des oscillations résiduelles. Les composants de base qui constituent un circuit convertisseur CA/CC sont les suivants :

• Transformateur : il permet d'augmenter ou de diminuer l'alimentation secteur jusqu'à une valeur compatible avec la charge du système. Le rapport de transformation du transformateur déterminera la tension et le courant de sortie vers le pont de diodes et le condensateur.
• Redresseur à pont de diodes : ce petit circuit génère la valeur absolue du signal d'entrée CA, ce qui donne un signal variant dans le temps avec une seule polarité. Cette conception impose aux diodes du pont du redresseur de fonctionner au-dessus de leur courant direct.
• Condensateur : un gros condensateur est utilisé comme filtre pour stabiliser le signal alternatif redressé et produire une tension continue avec peu d'ondulations résiduelles. Pour garantir une capacité de charge élevée et un taux de décharge rapide, il est recommandé de choisir un condensateur de valeur élevée qui affiche une faible résistance série effective.

Cette liste de composants correspond à la configuration minimale requise pour créer un circuit convertisseur CA vers CC, et vous trouverez un exemple illustré ci-dessous.

Vous devrez concevoir votre convertisseur CA vers CC dans un éditeur de schémas puissant qui utilise des données de composants réels et des modèles de simulation. Et vous aurez besoin du meilleur logiciel de conception pour y parvenir.

Créez des schémas avec des composants réels pour votre circuit convertisseur CA vers CC

Choisissez les meilleurs outils de conception de schémas avec des bibliothèques de composants intégrées et des connexions à la chaîne d'approvisionnement du circuit imprimé pour concevoir votre circuit convertisseur CA vers CC.

L'éditeur de schémas d'Altium Designer comprend un puissant moteur de simulation SPICE facile à utiliser qui extrait les données électriques directement à partir des modèles de vos composants. En accédant à toutes ces fonctionnalités dans un seul programme, vous pouvez concevoir un convertisseur de puissance de haute qualité, puis vérifier votre conception rapidement et facilement.

• Altium Designer intègre les fonctionnalités de simulation SPICE dont vous avez besoin pour vérifier la conception de votre convertisseur CA en CC et garantir une conversion d'énergie à haute efficacité.

  En savoir plus sur comment lancer des simulations SPICE avec l'électronique de puissance dans Altium Designer.

• Lorsque vous devez concevoir des circuits de conversion de puissance plus complexes, utilisez le meilleur éditeur de schémas hiérarchique pour faciliter votre organisation.

  En savoir plus sur la conception de schémas hiérarchiques.

• Un transformateur est toujours utilisé en entrée d'un convertisseur de courant alternatif en courant continu (CA-CC), mais il est également utilisé avec des circuits de régulation à commutation pour construire des alimentations électriques isolées.

  En savoir plus sur les différences entre les alimentations isolées et non isolées.

Un circuit convertisseur CA en CC basique avec un transformateur et un redresseur à pont de diodes, créé avec Altium Designer.

Assurez une conversion CA/CC à haute efficacité en électronique de puissance

Tous les appareils électroniques fonctionnant sur secteur devraient être conçus pour offrir une conversion de puissance efficace, qui ne se limite donc pas à un simple circuit redresseur à pont pleine onde. Des composants et des circuits supplémentaires sont nécessaires pour garantir une conversion de puissance efficace et à faible niveau de bruit, en particulier lorsque vous alimentez un circuit régulateur.

La conversion de courant alternatif en courant continu n'est qu'une partie d'une stratégie de régulation de l'alimentation, et l'ensemble du système doit être pris en compte pour minimiser les pertes et le bruit lors de la conversion de puissance.

La stratégie de régulation d'alimentation la plus efficace pour la plupart des systèmes consiste à utiliser un régulateur à découpage, en particulier lorsque vous concevez un circuit convertisseur CA en CC pour alimentation secteur. Voici certains des circuits supplémentaires nécessaires pour la conversion d'alimentation :

• Un circuit de correction du facteur de puissance, ou circuit PFC, pour lisser le courant consommé par l'étage régulateur de tension de sortie du convertisseur de puissance.
• Un filtre d'IEM, généralement une bobine d'arrêt en mode commun, pour supprimer les interférences électromagnétiques conduites en entrée et en sortie du système.
• Un pilote PWM et une boucle de rétroaction sont utilisés pour ajuster les paramètres du régulateur et garantir une sortie de puissance stable au niveau souhaité.
• Un régulateur d'alimentation à découpage avec topologie standard capable de délivrer un courant de sortie à faible bruit.

Tous ces circuits supplémentaires et la section du circuit convertisseur CA en CC doivent être pris en compte dans le routage de votre circuit imprimé.

Il n'y a aucun avantage à utiliser différents programmes pour construire des circuits et créer le routage de la carte de circuit imprimé pour votre système.

Au lieu de relier plusieurs programmes de conception les uns aux autres, utilisez Altium Designer, le seul programme qui inclut tout ce dont vous avez besoin pour la conception d'électronique de puissance.

Créez le meilleur routage de circuit imprimé pour votre système convertisseur d'alimentation

Une fois que vous avez saisi les schémas de votre convertisseur de courant et de votre régulateur de tension sur une carte de circuit imprimé vierge, vous pouvez commencer à disposer les composants et à tracer les pistes.

Les excellentes fonctionnalités de routage d'Altium Designer facilitent l'exécution de ces tâches. De plus, ces outils sont disponibles dans le même programme que vos utilitaires de conception et de simulation de circuits.

En utilisant Altium Designer, vous pouvez donc rester productif et concevoir des appareils électroniques de meilleure qualité.

• Un filtre EMI à l'entrée de votre circuit convertisseur de courant alternatif en courant continu jouera un rôle majeur dans la réduction du bruit sur la sortie en courant continu (CC).

  En savoir plus sur comment concevoir et simuler un filtre EMI pour votre convertisseur de puissance.

• Si votre convertisseur de courant alternatif en courant continu alimente un régulateur à commutation, vous aurez probablement besoin d'un circuit de correction du facteur de puissance (PFC) pour lisser les pics de courant sur le signal d'entrée.

  En savoir plus sur comment concevoir et analyser des circuits PFC.

• Tout bruit généré ou reçu dans votre circuit régulateur peut être amplifié et propagé vers la sortie. Vérifiez que ceci n'affecte pas votre convertisseur de puissance.

  En savoir plus sur comment analyser la marge de bruit dans votre alimentation.

Concevez votre circuit convertisseur CA vers CC, votre étage de régulation et le routage de votre PCB dans Altium Designer.

Terminez le routage de votre convertisseur CA vers CC et procurez-vous les composants

Après avoir créé votre circuit convertisseur de courant alternatif en courant continu et d'autres circuits de régulation de puissance dans votre conception de PCB, il est temps de sourcer les composants et de finaliser le projet avec un ensemble de fichiers de fabrication.

Votre logiciel de conception de circuit imprimé doit inclure un ensemble complet de fonctionnalités de fabrication de circuits imprimés pour vous aider à préparer la fabrication. Altium Designer est le meilleur logiciel de conception de PCB, car il rassemble toutes ces fonctionnalités de fabrication de circuits imprimés et d'autres outils de fabrication dans un seul programme.

La conception de votre convertisseur de puissance passe également par l'étude de la chaîne d'approvisionnement et l'approvisionnement en composants. Lorsque les fabricants des composants vous donnent directement accès aux données de la chaîne d'approvisionnement électronique, vous avez la certitude que votre système peut être produit dans les délais impartis et en respectant le budget.

Altium Designer intègre des outils d'approvisionnement qui vous aideront à trouver les composants dont vous avez besoin et à importer directement les données d'approvisionnement dans votre nomenclature des matériaux.

Finalisez la conception de votre alimentation avec les outils de routage de circuits imprimés d'Altium Designer

Le principal avantage d'Altium Designer par rapport aux autres plateformes de conception de circuits imprimés réside dans son interface de conception intégrée, qui rassemble dans un seul programme toutes les fonctionnalités nécessaires pour concevoir une alimentation et effectuer son routage.

Altium Designer est bien plus qu'un simple logiciel de conception et de simulation de circuits, c'est l'application de conception de circuits imprimés (PCB) la plus puissante de l'industrie pour le développement de produits.

Alors que d'autres programmes de conception vous obligent à utiliser des applications séparées pour chaque tâche de conception de PCB, Altium Designer vous aide à rester productif lorsque vous concevez des technologies de pointe.

• Altium Designer est le seul logiciel de conception piloté par des règles qui vous permet de concevoir rapidement vos circuits de convertisseur de courant et votre disposition de PCB dans une seule application.

  En savoir plus sur l'environnement de conception intégré d'Altium Designer.

• Un circuit de convertisseur de courant alternatif en courant continu n'est qu'une partie d'un système d'alimentation. Les fonctionnalités de conception de circuits et de simulation d'Altium Designer vous aident à concevoir pour n'importe quelle partie de l'électronique de puissance.

  Découvrez un exemple de projet de régulateur de tension dans Altium Designer.

• Altium 365 vous donne la possibilité de partager et de collaborer sur des projets avec des membres d'équipe distants, des clients et des fabricants grâce à Altium Designer ou sur le web.

  En savoir plus sur le partage des données de votre projet de PCB avec Altium 365.

Concevez votre électronique de puissance, approvisionnez vos composants et créez le routage de votre circuit imprimé dans Altium Designer.

Vous ne devriez pas avoir à utiliser des programmes séparés pour la disposition de PCB, la simulation et la conception de circuits pour construire vos convertisseurs de courant. Vous pouvez créer des circuits d'alimentation avec n'importe quelle topologie et des convertisseurs de courant à l'aide des meilleurs outils de conception de PCB et de mise en page dans d'Altium Designer. Restez productif et créez des technologies de pointe avec Altium Designer.

En permettant aux concepteurs de travailler de chez eux et d'atteindre des niveaux d'efficacité sans précédent, la solution Altium Designer disponible sur Altium 365 offre à l'industrie électronique un degré d'intégration inégalé qui était jusqu'à présent réservé au secteur informatique.

Tout cela n'est qu'un aperçu des possibilités offertes par Altium Designer sur Altium 365. Vous pouvez consulter la page produit pour obtenir une description plus détaillée des fonctionnalités ou visionner l'un des webinaires à la demande.