Conception simplifiée d’un filtre d’entrée

Un convertisseur de puissance qui fonctionne sur le principe de l’alimentation à découpage produit des interférences, généralement provoquées par la fréquence de découpage proprement dite, ainsi que par la fréquence élevée des transitions de commutation. Au sein d’un environnement architecturé autour d’un régulateur à découpage, les interférences sont de trois types : rayonnées?; conduites en sortie?; et conduites à l’entrée du régulateur.

Les émissions rayonnées dépendent fortement des éléments parasites, et peuvent être minimisées en optimisant l’implantation des composants de la carte électronique. Pour réduire les émissions rayonnées à hauteur de 40 dB — soit par un facteur de 10 000 —, l’un des moyens les plus innovants consiste à utiliser un régulateur à découpage proposé par Analog Devices fonctionnant selon le principe du «?commutateur silencieux?» (Silent switch). Dans ce cas, les courants d’entrée pulsés sont hautement symétriques, de sorte que les champs générés s’annuleront de façon significative.

Les émissions conduites peuvent être minimisées au moyen de filtres. Il convient toutefois de prendre en compte certains paramètres. Primo, le filtre doit être optimisé pour réduire le bruit dans une plage de fréquences donnée?; secundo, il affecte également la stabilité de l’alimentation dans son ensemble. Un régulateur à découpage se caractérise par une impédance d’entrée ZIN, qui doit être supérieure à l’impédance de sortie du filtre d’entrée ZOF. La Figure 1 représente le schéma de principe de ces deux impédances.

Ces deux impédances doivent être prises en compte dans la conception du filtre. Pour faciliter la conception, une nouvelle fonction a été ajoutée à LTpowerCAD,® un outil proposé par Analog Devices qui permet de simplifier la réalisation de régulateurs à découpage. Disponible gratuitement en téléchargement sur le site d’Analog Devices, le logiciel LTpowerCAD s’est imposé depuis près de dix ans comme un outil très utile pour le calcul des régulateurs à découpage. Sa dernière version a été enrichie d’une fonction de «?conception de filtres?». Dans la mesure où le bruit conduit en mode commun — un paramètre critique — dépend très peu des effets parasites, il peut être calculé en toute fiabilité avec à la clé un résultat conforme à la réalité.

La Figure 2 représente le calcul d’un régulateur à découpage effectué au moyen de l’outil LTpowerCAD en interaction avec un filtre optimisé en entrée.

Comme nous l’avons indiqué précédemment, il est non seulement nécessaire d’atteindre un niveau d’émissions inférieur à certains niveaux d’interférences électromagnétiques (EMI), mais également de stabiliser l’ensemble du circuit composé du régulateur à découpage et du filtre. Dans cette optique, les impédances indiquées en Figure 1 doivent être adaptées. L’impédance de sortie du filtre ZOF (Impedance Output Filter) doit être inférieure à l’impédance d’entrée du filtre ZIN (Impedance Input Power Supply). Pour ce faire, l’outil LTpowerCAD effectue ce calcul reproduit dans le diagramme ci-dessous (Figure 3).

Résumé

Jusqu’à présent, des outils de calcul et de simulation étaient utilisés pour concevoir des régulateurs à découpage. Il est à présent possible de calculer les filtres appropriés à l’aide d’un outil comme LTpowerCAD, ce qui constitue une solution idéale pour minimiser les émissions conduites dans les alimentations à découpage.

Source: Frederik Dostal, ingénieur d’applications, Analog Devices Inc.